JP5935540B2 - High density liquid discharge head and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、プリンタ、複写装置、ファクシミリ装置等に用いられる高密度液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a high-density liquid discharge head and an image forming apparatus used for a printer, a copying machine, a facsimile machine, and the like.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ/ファクシミリ/複写機の複合機などの各種画像形成装置において、記録液を吐出する液体吐出ヘッドを搭載し、被記録媒体に画像を形成する液体吐出装置を備えたものが知られている。なお、液体吐出装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体(記録媒体、転写紙、用紙などとも称され、これらは材質にかかわらず、同義語として使用する。)に液体を吐出する装置を意味し、また、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することをも意味し、画像形成、印写、印字、印刷も同義語で使用する。   In various image forming apparatuses such as printers, facsimiles, copiers, plotters, printer / facsimile / copier multifunction machines, etc., a liquid ejecting apparatus that mounts a liquid ejecting head for ejecting a recording liquid and forms an image on a recording medium is provided. What you have is known. The liquid discharge device is also called a recording medium (recording medium, transfer paper, paper, etc.) such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, etc., regardless of the material. Is used as a synonym.) Means a device for ejecting liquid, and “recording” not only applies an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium, but also a pattern. It also means that an image having no meaning such as is given to a recording medium, and image formation, printing, printing, and printing are also used synonymously.

液体吐出ヘッドとしての例えばインクジェットヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電体を積層あるいは薄膜状に形成したヘッドや発熱素子を有したヘッドなどが知られている。   For example, as an ink jet head as a liquid discharge head, a head in which a piezoelectric body is laminated or formed in a thin film shape as a pressure generating means for generating pressure to pressurize ink that is liquid in a liquid chamber, a head having a heating element, etc. It has been known.

このインクジェットヘッドにおいて、使用する環境温度変化によってインクの粘度が変化すると十分な吐出を行えない事態が生じることがある。   In this ink jet head, if the viscosity of the ink changes due to a change in the environmental temperature to be used, there may be a case where sufficient ejection cannot be performed.

このような場合、インク吐出が精度良く行われず、画像品質が低下することになる。   In such a case, ink ejection is not performed with high accuracy, and image quality is degraded.

特に冬期の早朝など、低温環境でインクジェットプリンタを使用する場合には、使用開始からしばらくの間は十分なインク吐出が行えない場合がある。   In particular, when an inkjet printer is used in a low temperature environment such as early morning in winter, there is a case where sufficient ink ejection cannot be performed for a while after the start of use.

このような問題のため、特許文献1(特開2005-254463号公報)において、インクジェットプリンタのヘッド近傍にヒータ等の加熱手段を設ける提案がされている。   Because of such problems, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-254463) proposes providing a heating means such as a heater in the vicinity of the head of an ink jet printer.

しかし、このように新たな加熱手段を設けると、ヘッド近傍の部品点数が増加し、構成が複雑化してしまう。また、ヘッドの液体収容室内のインクを広範囲に加熱制御することが難しく、加熱制御する際の効率が悪いなど、上述したヒータによる加熱制御を用いても、ヘッドの温度を均一に保つことは極めて難しい。   However, if a new heating means is provided in this way, the number of parts in the vicinity of the head increases and the configuration becomes complicated. Further, it is difficult to control the heating of the ink in the liquid storage chamber of the head over a wide range, and it is extremely difficult to maintain the head temperature even when the above-described heating control using the heater is used. difficult.

これらの課題を解決する手段として、特許文献2(特開平11-138798号公報)ではピエゾ素子にインクを吐出しない条件で加熱用信号を加えることで、ピエゾ素子の発熱を利用して加熱するとともに、温度検出手段を搭載することで、微妙な温度調整をすることが提案されている。新たな加熱手段を設けていないことから構成は簡素化でき、温度制御も可能となる。   As means for solving these problems, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-138798), a heating signal is applied to the piezo element under the condition that ink is not discharged, thereby heating the piezo element using heat generated. It has been proposed to perform delicate temperature adjustment by installing a temperature detection means. Since no new heating means is provided, the configuration can be simplified and the temperature can be controlled.

しかし、実際の使用環境下においては、使用環境温度による粘度変化だけではなく、所定の期間と吐出していないノズル部ではインク表面(以下、メニスカスと言う)が乾燥し、局部的な粘度上昇が発生してしまう。この局部的な粘度上昇が発生した場合は、非印字領域以外で空吐出を実施する等のメンテナンス動作が行われている。従来、空吐出を実施しても吐出特性に不具合が生じる場合が多く、ノズル面からのインク吸引等の動作を実施することで復帰させる必要がでてくるため、インク廃棄量が極端に多くなってしまうため、空吐出動作で復帰できることが望ましい。   However, in the actual use environment, not only the viscosity change due to the use environment temperature, but also the ink surface (hereinafter referred to as meniscus) dries at the nozzle portion that has not been ejected for a predetermined period of time, resulting in a local increase in viscosity. Will occur. When this local increase in viscosity occurs, a maintenance operation such as empty ejection is performed outside the non-printing area. Conventionally, even if idle ejection is performed, there are many cases in which ejection characteristics are defective, and it is necessary to restore by performing operations such as ink suction from the nozzle surface, resulting in an extremely large amount of ink disposal. Therefore, it is desirable that the recovery can be performed by the idle discharge operation.

ここで、特に薄膜状の圧電素子をアクチュエータとするインクジェットヘッドは、アクチュエータの変形力が小さいため低温域での粘度上昇に加え、メニスカス乾燥が多くなると、加熱信号を印加して多少温度を上昇させたとしても空吐出動作を実施しても、正常吐出させるまでの復帰が出来ないことがあり、インク吸引動作によるメンテナンス動作を実施することが必要となってくる。   Here, in particular, an inkjet head using a thin-film piezoelectric element as an actuator increases the viscosity slightly in the low temperature range due to the small deformation force of the actuator, and when the meniscus drying increases, a heating signal is applied to slightly increase the temperature. Even if the idle ejection operation is performed, it may not be possible to return to normal ejection, and it is necessary to perform a maintenance operation by the ink suction operation.

本発明は、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる高密度液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-density liquid discharge head and an image forming apparatus that can be refreshed by idle discharge and normally discharged early in order to reduce the frequency of maintenance due to an ink suction operation or the like.

この目的を達成するため、この発明は、 複数の液室が設けられたアクチュエータ基板と、
前記複数の液室からインクを吐出する複数のノズルと、
前記液室の上部を閉成する薄膜状の振動板および前記振動板上に設けられた薄膜状の圧電素子を有し、且つ、前記圧電素子で前記振動板を振動させることにより、前記液室内のインクを加圧する薄膜状のアクチュエータと、前記アクチュエータ基板上に設けられていると共に前記圧電素子を駆動制御させる駆動用ICと、前記液室内の温度を検出するヘッド温度検出素子と、を備え、前記駆動用ICが前記ヘッド温度検出素子からの検出温度信号に基づいて前記圧電素子を駆動制御することにより、前記圧電素子および前記駆動用ICは前記圧電素子の駆動制御時にそれぞれ発熱して前記液室内のインク温度を上昇させることができる高密度液体吐出ヘッドであって、前記駆動制御は、印字開始前に前記ノズルからインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を前記圧電素子に印加することにより、前記圧電素子を発熱させると同時に自己発熱して、前記液室内のインク温度を所定以上の温度とする前記液室の予備加熱工程と、前記液室内の液体が印字のための適温になるまで前記液室内のインクを前記ノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、前記液室内の液体が印字のための適温になったときに前記ノズルから前記液体を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、有することを特徴とする。また、この発明に係る画像形成装置は上記高密度液体吐出ヘッドを搭載している。
In order to achieve this object, the present invention comprises an actuator substrate provided with a plurality of liquid chambers,
A plurality of nozzles for discharging ink from the plurality of liquid chambers;
A thin-film diaphragm that closes an upper portion of the liquid chamber; and a thin-film piezoelectric element provided on the diaphragm; and the diaphragm is vibrated by the piezoelectric element, whereby the liquid chamber A thin film actuator that pressurizes the ink, a driving IC that is provided on the actuator substrate and that drives and controls the piezoelectric element, and a head temperature detection element that detects the temperature in the liquid chamber, The driving IC controls the driving of the piezoelectric element based on the detected temperature signal from the head temperature detecting element, so that the piezoelectric element and the driving IC generate heat during the driving control of the piezoelectric element, respectively. A high-density liquid ejection head capable of raising the ink temperature in a room, wherein the drive control is performed under a condition that ink is not ejected from the nozzles before printing is started. Applying a dynamic voltage waveform to the piezoelectric element causes the piezoelectric element to generate heat, and simultaneously generates heat, thereby preheating the liquid chamber to a temperature higher than a predetermined temperature in the liquid chamber, and the liquid An empty discharge step of discharging the ink in the liquid chamber from the nozzle until the liquid in the chamber reaches an appropriate temperature for printing; and from the nozzle when the liquid in the liquid chamber reaches an appropriate temperature for printing. And a printing step of starting a printing operation by discharging a liquid. The image forming apparatus according to the present invention is equipped with the high-density liquid discharge head.

この構成によれば、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる。   According to this configuration, since the maintenance frequency due to the ink suction operation or the like is reduced, refreshing can be performed by idle ejection and normal ejection can be performed early.

この発明に係る高密度液体吐出ヘッドをノズル列が2列のインクジェットヘッドに適用した実施例の断面図である。It is sectional drawing of the Example which applied the high-density liquid discharge head which concerns on this invention to the inkjet head of 2 rows of nozzle rows. 図1のフレーム,振動板及びFPCを省略したインクジェットヘッドの平面図である。It is a top view of the inkjet head which abbreviate | omitted the flame | frame, diaphragm, and FPC of FIG. 図1の上フレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。It is a top view of the inkjet head which abbreviate | omitted the upper frame of FIG. 図1のA1−A1線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the A1-A1 line | wire of FIG. 図1のA2−A2線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the A2-A2 line | wire of FIG. 図1のA3−A3線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the A3-A3 line | wire of FIG. 図1のフレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。It is a top view of the inkjet head which abbreviate | omitted the flame | frame of FIG. 印字開始前のノズル部(ノズル)のメンテナンス動作制御を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the maintenance operation | movement control of the nozzle part (nozzle) before the printing start. この発明の高密度液体吐出ヘッドの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the high-density liquid discharge head of this invention. この発明に係る高密度液体吐出ヘッド(インクジェットヘッド)を適用した実施例3の画像形成装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the image forming apparatus of Example 3 to which the high-density liquid discharge head (inkjet head) concerning this invention is applied. 図9の高密度液体吐出ヘッド(インクジェットヘッド)と操作方向の関係を示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing the relationship between the high-density liquid ejection head (inkjet head) of FIG. 9 and the operation direction. 図10ヘッドコントローラと温度検出素子等の関係を示す回路図である。10 is a circuit diagram showing the relationship between the head controller and the temperature detection element. 図11のヘッドコントローラにる印字制御のフローチャートである。12 is a flowchart of print control by the head controller of FIG. 11.

本発明に係る高密度液体吐出ヘッドの実施例1を図1〜図7に基づいて以下に説明する。
[構成]
A.基本構成
図1はこの発明に係る高密度液体吐出ヘッドをノズル列が2列のインクジェットヘッドに適用した実施例の断面図である。図2は、図1のフレーム,振動板及びFPCを省略したインクジェットヘッドの平面図である。図2Aは、図1の上フレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。図3は図1のA1−A1線に沿う断面図、図4は図1のA2−A2線に沿う断面図、図5は図1のA3−A3線に沿う断面図である。また、図6は図1のフレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。
A first embodiment of a high-density liquid ejection head according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[Constitution]
A. Basic Configuration FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment in which the high-density liquid discharge head according to the present invention is applied to an inkjet head having two nozzle rows. FIG. 2 is a plan view of the ink jet head in which the frame, the diaphragm, and the FPC in FIG. 1 are omitted. FIG. 2A is a plan view of the inkjet head from which the upper frame of FIG. 1 is omitted. 3 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 1, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A3-A3 in FIG. FIG. 6 is a plan view of the ink jet head in which the frame of FIG. 1 is omitted.

この実施例1の構成はノズル列が2列のインクジェットヘッドに適用した例で説明するが、本発明は2列より多いノズル列を有するインクジェットヘッドへも同様に適用できる。   Although the configuration of the first embodiment is described as an example applied to an inkjet head having two nozzle rows, the present invention can be similarly applied to an inkjet head having more than two nozzle rows.

図1において、1はガラスや薄い金属板の積層体、シリコン基板等で作成されたアクチュエータ基板である。このアクチュエータ基板1は、好ましくはシリコン基板で作製すると良い。このアクチュエータ基板1がシリコン基板等で作成されている場合、複数の液室2はシリコン基板をエッチング処理することにより形成できる。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an actuator substrate made of a laminated body of glass or a thin metal plate, a silicon substrate, or the like. The actuator substrate 1 is preferably made of a silicon substrate. When the actuator substrate 1 is made of a silicon substrate or the like, the plurality of liquid chambers 2 can be formed by etching the silicon substrate.

このアクチュエータ基板1には、図1に示したように両面(図1のアクチュエータ基板1の上面および下面)に開放する液室(個別液室)2が複数形成されている。この各液室2は、図2に示したようにアクチュエータ基板1の短手方向(図2の左右方向)に直線状に細長く延びている。   As shown in FIG. 1, a plurality of liquid chambers (individual liquid chambers) 2 opened on both surfaces (the upper surface and the lower surface of the actuator substrate 1 in FIG. 1) are formed on the actuator substrate 1. As shown in FIG. 2, each of the liquid chambers 2 is elongated in a straight line in the short direction of the actuator substrate 1 (left and right direction in FIG. 2).

この複数の液室2は、図2,図3に示したようにアクチュエータ基板1の長手方向(図2の上下方向、図3の左右方向)に等ピッチで直線状に配列された第1液室列Lq1と、図2,図4に示したようにアクチュエータ基板1の長手方向(図2の上下方向、図4の左右方向)に等ピッチで直線状に配列された第2液室列Lq2を構成している。しかも、この第1,第2液室列Lq1,Lq2は、アクチュエータ基板1の短手方向(図2の左右方向)に向けて2列に配列(短手方向に並設)されている。ここで、アクチュエータ基板1の短手方向の側縁部を図1,図2に示したように1a,1bとする。   As shown in FIGS. 2 and 3, the plurality of liquid chambers 2 are first liquids arranged in a straight line at an equal pitch in the longitudinal direction of the actuator substrate 1 (vertical direction in FIG. 2, horizontal direction in FIG. 3). 2 and 4, as shown in FIGS. 2 and 4, the second liquid chamber row Lq2 arranged linearly at an equal pitch in the longitudinal direction of the actuator substrate 1 (vertical direction in FIG. 2, horizontal direction in FIG. 4). Is configured. In addition, the first and second liquid chamber rows Lq1 and Lq2 are arranged in two rows (parallelly arranged in the short direction) toward the short side direction (left and right direction in FIG. 2) of the actuator substrate 1. Here, the side edges in the short direction of the actuator substrate 1 are denoted by 1a and 1b as shown in FIGS.

このアクチュエータ基板1の各側縁部1a,1bには、第1,第2液室列Lq1,Lq2の各液室2にそれぞれ対応し且つアクチュエータ基板1の両面に開口する複数の個別流路3がそれぞれ形成されている。また、この側縁部1a,1bには、アクチュエータ基板1の一面側に開放し且つ各個別流路3と各液室2をそれぞれ連通させる複数の切欠状の個別連通路4が形成されている。   A plurality of individual flow paths 3 corresponding to the liquid chambers 2 of the first and second liquid chamber rows Lq1 and Lq2 and opened on both surfaces of the actuator substrate 1 are provided on the side edge portions 1a and 1b of the actuator substrate 1, respectively. Are formed respectively. The side edges 1a and 1b are formed with a plurality of notch-shaped individual communication passages 4 that open to one surface side of the actuator substrate 1 and communicate with the individual flow paths 3 and the liquid chambers 2, respectively. .

尚、第1液室列Lq1側の個別連通路4と第2液室列Lq2側の個別連通路4は、第1液室列Lq1の細長い液室2と第2液室列Lq2の細長い液室2の互いに反対側の部分に連通している。   The individual communication passage 4 on the first liquid chamber row Lq1 side and the individual communication passage 4 on the second liquid chamber row Lq2 side are the elongated liquid chamber 2 in the first liquid chamber row Lq1 and the elongated liquid in the second liquid chamber row Lq2. The chambers 2 communicate with portions of the chamber 2 opposite to each other.

この個別連通路4は、小断面積に形成されていて、個別流路3から液室2に流れる液体の流量を制限するようになっている。尚、アクチュエータ基板1がシリコン基板等で作成されている場合には、液室2,個別流路3および個別連通路4等はエッチングにより形成できる。
(ノズル板5、ノズル6)
各液室2,個別流路3および個別連通路4は、図1に示したように、アクチュエータ基板1の一面側(図1の下面側)への開放端がアクチュエータ基板1の一面に接合(固着)されたノズル板5で閉成されている。
The individual communication path 4 is formed in a small cross-sectional area, and restricts the flow rate of the liquid flowing from the individual flow path 3 to the liquid chamber 2. When the actuator substrate 1 is made of a silicon substrate or the like, the liquid chamber 2, the individual flow path 3, the individual communication path 4 and the like can be formed by etching.
(Nozzle plate 5, nozzle 6)
As shown in FIG. 1, each liquid chamber 2, the individual flow path 3, and the individual communication path 4 are joined to one surface of the actuator substrate 1 at the open end to the one surface side (the lower surface in FIG. 1) ( It is closed by the nozzle plate 5 that is fixed.

このノズル板5は樹脂又は金属材料から形成され、このノズル板5には図1,図3,図4に示したように、各液室2にそれぞれ連通する複数のノズル6がノズル部として形成されている。この複数のノズル6は、図2に示すように、アクチュエータ基板1の短手方向(図2の左右方向)に向けて2列に配列されていて、短手方向に並設された2列の第1,第2ノズル列Nz1,Nz2を構成(形成)している。   The nozzle plate 5 is formed of a resin or a metal material. As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the nozzle plate 5 is formed with a plurality of nozzles 6 communicating with the liquid chambers 2 as nozzle portions. Has been. As shown in FIG. 2, the plurality of nozzles 6 are arranged in two rows in the short direction (left and right direction in FIG. 2) of the actuator substrate 1, and two rows 6 arranged in parallel in the short direction. The first and second nozzle rows Nz1, Nz2 are configured (formed).

この第1ノズル列Nz1のノズル6と第2ノズル列Nz2のノズル6は、図1,図2に示したように、第1液室列Lq1と第2液室列Lq2の隣接側に位置させられている。即ち、第1ノズル列Nz1のノズル6と第2ノズル列Nz2のノズル6は、第1液室列Lq1の液室2と第2液室列Lq2の液室2の互いに隣接する側の端部に連通している。
(振動板7)
また、本実施例では、液室2のアクチュエータ基板1の他面側端部は、アクチュエータ基板1の他面に設けられた薄膜状の振動板7で閉成されている。この振動板7は、SOI(Silicon On Insurator)基板のSiO2層から形成されている。また、アクチュエータ基板1が上述したようにガラスや薄い金属板の積層体の支持基板で形成されている場合、アクチュエータ基板1と別体のSOI基板をアクチュエータ基板1に接合又は固着して貼り合わせ、このSOI基板を薄膜状に研磨することにより、薄膜状のSOI基板を振動板7とすることができる。
The nozzle 6 of the first nozzle row Nz1 and the nozzle 6 of the second nozzle row Nz2 are positioned adjacent to the first liquid chamber row Lq1 and the second liquid chamber row Lq2, as shown in FIGS. It has been. That is, the nozzle 6 of the first nozzle row Nz1 and the nozzle 6 of the second nozzle row Nz2 are the end portions of the liquid chamber 2 of the first liquid chamber row Lq1 and the liquid chamber 2 of the second liquid chamber row Lq2 on the adjacent sides. Communicating with
(Vibration plate 7)
In the present embodiment, the other surface side end portion of the actuator substrate 1 of the liquid chamber 2 is closed by a thin film diaphragm 7 provided on the other surface of the actuator substrate 1. The diaphragm 7 is formed from a SiO 2 layer of an SOI (Silicon On Insurator) substrate. Further, when the actuator substrate 1 is formed of a support substrate of a laminated body of glass or a thin metal plate as described above, the actuator substrate 1 and a separate SOI substrate are bonded or bonded to the actuator substrate 1 and bonded together. By polishing this SOI substrate into a thin film, the thin film SOI substrate can be used as the diaphragm 7.

また、アクチュエータ基板1が上述したようにシリコン基板等で作成されている場合にも、アクチュエータ基板1と別体のSOI基板をアクチュエータ基板1に接合又は固着して貼り合わせ、このSOI基板を薄膜状に研磨することにより、薄膜状のSOI基板を振動板7とすることができる。   In addition, even when the actuator substrate 1 is made of a silicon substrate or the like as described above, an SOI substrate separate from the actuator substrate 1 is bonded or bonded to the actuator substrate 1 and bonded together, and the SOI substrate is thin-film-shaped. The thin film SOI substrate can be used as the diaphragm 7 by polishing the substrate.

尚、アクチュエータ基板1が上述したようにシリコン基板等で作成されている場合、シリコン基板の一面に薄膜状のSiO2層を形成することにより、シリコン基板のSiO2層が形成されていない部分をアクチュエータ基板本体(支持基板)とすることもできる。このアクチュエータ基板本体は図1ではアクチュエータ基板1となる。 If the actuator substrate 1 is made of a silicon substrate or the like as described above, a portion of the silicon substrate where the SiO 2 layer is not formed is formed by forming a thin-film SiO 2 layer on one surface of the silicon substrate. An actuator substrate body (support substrate) can also be used. This actuator substrate body is the actuator substrate 1 in FIG.

そして、このシリコン基板に他面側からエッチング処理を施して複数の液室2を形成する際、SiO2層をエッチングストップ層として使うことができる。そして、この液室2を形成することにより、薄膜状のSiO2層を図1の振動板7としてシリコン基板の一面に形成できる。このように振動板7をSiN(Si02)などで成膜した薄膜振動板にすることにより、SOI基板より安価になるので、コストダウンを図ることができる。尚、アクチュエータ基板1をシリコン基板から形成した場合には、振動板7をアクチュエータ基板1と一体に形成することもできる。 When the silicon substrate is etched from the other side to form a plurality of liquid chambers 2, the SiO 2 layer can be used as an etching stop layer. By forming the liquid chamber 2, a thin SiO 2 layer can be formed on one surface of the silicon substrate as the diaphragm 7 in FIG. By making the diaphragm 7 into a thin film diaphragm formed of Si N (SiO 2 ) or the like in this way, the cost is lower than that of the SOI substrate, so that the cost can be reduced. When the actuator substrate 1 is formed from a silicon substrate, the diaphragm 7 can be formed integrally with the actuator substrate 1.

尚、この振動板7には、図1に示したように、個別流路3に対応して個別流路3に一致する連通路7pが形成されている。
(圧電素子8、配線)
また、図1に示したように、振動板7の液室2と反対側の面には、スパッタリングやゾルゲル(sol-gel)法などの加工方法によって形成された薄膜PZT[即ちPb(ZrTi)O3]が薄膜状の圧電素子(薄膜状圧電素子)8として設けられている。ただし、ここでは薄膜状の圧電素子(薄膜状圧電素子)8を薄膜PZTから形成しているが、圧電素子8はPZT以外の圧電素子でも良い。
As shown in FIG. 1, the diaphragm 7 is formed with a communication path 7 p corresponding to the individual flow path 3 and corresponding to the individual flow path 3.
(Piezoelectric element 8, wiring)
As shown in FIG. 1, a thin film PZT [that is, Pb (ZrTi) formed on the surface of the diaphragm 7 opposite to the liquid chamber 2 by a processing method such as sputtering or a sol-gel method. O 3 ] is provided as a thin film piezoelectric element (thin film piezoelectric element) 8. However, although the thin film piezoelectric element (thin film piezoelectric element) 8 is formed from the thin film PZT here, the piezoelectric element 8 may be a piezoelectric element other than PZT.

この圧電素子8は、交流電圧が印加されることで膨張・収縮して振動板7を振動させて、この振動板7により液室2に圧力を作用させるので、振動板7と共にアクチュエータを構成している。また、複数の圧電素子8は、図5,図6に示したように、直線状に2列に配列されていて、2列の第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2を構成(形成)している。ここで、図6において、7a,7bは振動板7における第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2の並設方向の互いに反対の側縁部、7cは振動板7における第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2の延びる方向の端部である。   The piezoelectric element 8 expands and contracts when an AC voltage is applied to vibrate the vibration plate 7, and the vibration plate 7 applies pressure to the liquid chamber 2. Thus, the piezoelectric element 8 constitutes an actuator together with the vibration plate 7. ing. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the plurality of piezoelectric elements 8 are linearly arranged in two rows, and constitute (form) two rows of first and second piezoelectric element rows Pz1 and Pz2. doing. Here, in FIG. 6, 7 a and 7 b are side edges of the diaphragm 7 opposite to each other in the juxtaposition direction of the first and second piezoelectric element arrays Pz 1 and Pz 2, and 7 c is the first and second piezoelectric elements of the diaphragm 7. It is an end in the extending direction of the element rows Pz1, Pz2.

この振動板7の液室2と反対側の面には、図6に示したように、側縁部7aおよび端部7cに沿って延びる第1Com配線(即ち第1Comパターン配線)9と、側縁部7b及び端部7cに沿って延びる第2Com配線(即ち第2Comパターン配線)10がエッチング等により形成されている。そして、第1圧電素子列Pz1の各圧電素子8は第1Com配線9に接続され、第2圧電素子列Pz2の各圧電素子8は第2Com配線10に接続されている。   As shown in FIG. 6, on the surface of the diaphragm 7 opposite to the liquid chamber 2, a first Com wiring (that is, a first Com pattern wiring) 9 extending along the side edge portion 7a and the end portion 7c, A second Com wiring (that is, a second Com pattern wiring) 10 extending along the edge 7b and the end 7c is formed by etching or the like. Each piezoelectric element 8 of the first piezoelectric element array Pz1 is connected to the first Com wiring 9, and each piezoelectric element 8 of the second piezoelectric element array Pz2 is connected to the second Com wiring 10.

また、振動板7の端部7cには、第1Com配線9から分岐する入力端子9a,第2Com配線10から分岐する入力端子10a形成されている。更に、振動板7の端部7cには、第1Com配線9と第2Com配線10との間に位置させてVcom配線11,12が形成されていると共にVcom配線11,12から分岐する複数の入力端子11a,12aが形成されている。また、振動板7の端部7cには、入力端子11a,12a間に位置させた複数の入力端子13が形成されている。   Further, an input terminal 9 a branched from the first Com wiring 9 and an input terminal 10 a branched from the second Com wiring 10 are formed at the end 7 c of the diaphragm 7. Further, Vcom wirings 11 and 12 are formed at the end 7c of the diaphragm 7 between the first Com wiring 9 and the second Com wiring 10, and a plurality of inputs branch from the Vcom wirings 11 and 12. Terminals 11a and 12a are formed. A plurality of input terminals 13 positioned between the input terminals 11 a and 12 a are formed at the end 7 c of the diaphragm 7.

上述した複数の液室2,ノズル6および圧電素子(薄膜状圧電素子)8は図1,図3,図4に示したように対応するものが符号を省略した液吐出ヘッド部(液吐出部)を構成している。この液吐出ヘッド部は、各液室2に対応して複数設けられていると共に、直線状に2列に配列されていて、2列の第1,第2の液吐出ヘッド部列(符号省略)を構成(形成)している。
(下フレーム板14)
また、図1,図3,図4に示したように、振動板7上には下フレーム板(サブフレーム)14が接合(固着)されている。この下フレーム板14には、第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2の各圧電素子8にそれぞれ臨む振動許容凹部14aが複数形成されている。この複数の振動許容凹部14aは、直線状で細長い液室2と同形状で、各液室2と一致して重なるように設けられている。
The plurality of liquid chambers 2, nozzles 6 and piezoelectric elements (thin film-like piezoelectric elements) 8 correspond to those shown in FIG. 1, FIG. 3 and FIG. ). A plurality of liquid discharge head portions are provided corresponding to each liquid chamber 2 and are arranged in two lines in a straight line, and two rows of first and second liquid discharge head portion rows (reference numerals omitted). ) Is formed (formed).
(Lower frame plate 14)
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, a lower frame plate (subframe) 14 is joined (fixed) on the diaphragm 7. The lower frame plate 14 is formed with a plurality of vibration allowing recesses 14a facing the piezoelectric elements 8 of the first and second piezoelectric element rows Pz1 and Pz2. The plurality of vibration allowing recesses 14 a are linear and have the same shape as the elongated liquid chamber 2, and are provided so as to coincide with the respective liquid chambers 2.

下フレーム板14には、図1,図2Aに示したように、第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2間に位置して上下面に開口する配設空間14bが形成され、配設空間14b内には振動板7上に固定した駆動用IC15が制御装置(制御部、制御回路)として配設されている。この駆動用IC15は、アンダーフィル剤15aにより封止されていて、裏面側が他部品と接触することのない状態となっている。   As shown in FIGS. 1 and 2A, the lower frame plate 14 is provided with an arrangement space 14b that is located between the first and second piezoelectric element rows Pz1 and Pz2 and that opens on the upper and lower surfaces. In 14b, a driving IC 15 fixed on the diaphragm 7 is disposed as a control device (control unit, control circuit). The driving IC 15 is sealed with an underfill agent 15a, and the back surface side is not in contact with other components.

この駆動用IC15は、振動板7上の圧電素子8を駆動制御するように各圧電素子8の一端に配線接続されていると共に、入力端子11a,12a,13に配線接続されている。
(上フレーム板16)
更に、図1に示したように、下フレーム板14上には上フレーム板(上フレーム)16が接合(固着)されている。この下フレーム板14と上フレーム板16の互いに反対側の側縁部には、図1に示したように、下フレーム板14と上フレーム板16に跨って形成され且つ第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2の互いに反対側の側方に位置する第1,第2共通液室17a,17bがそれぞれ形成されている。この第1,第2共通液室17a,17bは、図2Aに示したように、個別流路3の配列方向に沿って延びている。また、この上フレーム板16の第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2に対応する部分には、図1に示したように、第1,第2共通液室17a,17bにそれぞれ連通する供給口16a,16bが形成されている。尚、この供給口16a,16bは、例えば、第1,第2圧電素子列Pz1,Pz2の延びる方向の略中央又は端部側に位置させて上フレーム板16に設けられる。
(ボンデイング部)
ノズル板5は各第1,第2ノズル列Nz1,Nz2の延びる方向(即ち各第1,第2ノズル列Nz1,Nz2のノズル6の配列方向)の寸法がアクチュエータ基板1の寸法よりも大きく形成されている。これにより、ノズル板5の各第1,第2ノズル列Nz1,Nz2の延びる方向の両端側には、図2〜図6に示したように、アクチュエータ基板1の端から突出する延設部5a(他方図示せず)が突出端部として形成されている。
The drive IC 15 is wired to one end of each piezoelectric element 8 and is wired to the input terminals 11a, 12a, and 13 so as to drive and control the piezoelectric element 8 on the diaphragm 7.
(Upper frame plate 16)
Further, as shown in FIG. 1, an upper frame plate (upper frame) 16 is bonded (fixed) on the lower frame plate 14. As shown in FIG. 1, the lower frame plate 14 and the upper frame plate 16 are formed on the opposite side edge portions so as to straddle the lower frame plate 14 and the upper frame plate 16, and the first and second piezoelectric elements. First and second common liquid chambers 17a and 17b are formed on the opposite sides of the element rows Pz1 and Pz2, respectively. The first and second common liquid chambers 17a and 17b extend along the arrangement direction of the individual flow paths 3 as shown in FIG. 2A. Further, as shown in FIG. 1, the portions corresponding to the first and second piezoelectric element rows Pz1 and Pz2 of the upper frame plate 16 are respectively connected to the first and second common liquid chambers 17a and 17b. Mouth 16a, 16b is formed. The supply ports 16a and 16b are provided in the upper frame plate 16 so as to be positioned at substantially the center or the end side in the extending direction of the first and second piezoelectric element rows Pz1 and Pz2, for example.
(Bonding club)
The nozzle plate 5 is formed such that the dimension in the extending direction of each of the first and second nozzle arrays Nz1 and Nz2 (that is, the arrangement direction of the nozzles 6 in the first and second nozzle arrays Nz1 and Nz2) is larger than the dimension of the actuator substrate 1. Has been. As a result, the extending portions 5a projecting from the end of the actuator substrate 1 are provided on both ends of the nozzle plate 5 in the extending direction of the first and second nozzle rows Nz1 and Nz2, as shown in FIGS. (The other not shown) is formed as a protruding end.

この延設部5a上には、配線接続用のFPC(フレキシブル配線基板)18の配線端部18aが配設されている。この配線端部18aの表面には複数の配線端子19が並設されている。また、図3,図4に示したように、配線端部18aの裏面には裏打ち板20が固着されている。この裏打ち板20を延設部5aに固着することにより、FPC18の配線端部18aが延設部5a上に取り付けられている。   On the extended portion 5a, a wiring end 18a of a FPC (flexible wiring board) 18 for wiring connection is disposed. A plurality of wiring terminals 19 are arranged in parallel on the surface of the wiring end 18a. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a backing plate 20 is fixed to the back surface of the wiring end portion 18a. By fixing the backing plate 20 to the extended portion 5a, the wiring end 18a of the FPC 18 is attached on the extended portion 5a.

この配線端部18aの複数の配線端子19は、振動板7に設けた複数の入力端子11a,12a,13にボンデイングワイヤ21によりそれぞれボンデイング接続(ワイヤボンディング)されている。
(温度検出素子)
また、高密度液体吐出ヘッドには、図2A,図5に示したように液室(個別液室)2のインク温度を検出させるサーミスタ等の温度検出素子(ヘッド温度検出素子)22が設けられる。この温度検出素子22は、液室(個別液室)2内のインク温度を精度良く検出することが望まれる。このため、温度検出素子22は、液室(個別液室)2に隣接しているノズル板5やアクチュエータ基板1或いはアクチュエータ基板1の振動板7の上に設ける。
The plurality of wiring terminals 19 of the wiring end portion 18a are bonded to the plurality of input terminals 11a, 12a, and 13 provided on the diaphragm 7 by bonding wires 21 (wire bonding).
(Temperature detection element)
The high-density liquid discharge head is provided with a temperature detection element (head temperature detection element) 22 such as a thermistor for detecting the ink temperature in the liquid chamber (individual liquid chamber) 2 as shown in FIGS. 2A and 5. . The temperature detecting element 22 is desired to detect the ink temperature in the liquid chamber (individual liquid chamber) 2 with high accuracy. For this reason, the temperature detection element 22 is provided on the nozzle plate 5, the actuator substrate 1, or the vibration plate 7 of the actuator substrate 1 adjacent to the liquid chamber (individual liquid chamber) 2.

本実施例では、温度検出素子22は、駆動用IC15に隣接して振動板7の上面に設けている。この温度検出素子22からの温度検出信号は駆動用IC15に入力されるようになっている。
[作用]
次に、このような構成の高密度液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの他の構成条件や作用を説明する。
(i).印字開始前のノズル部(ノズル)のメンテナンス動作制御(印字前のノズル部(ノズル6)におけるメニスカス部のインク空吐出制御)
上記記載の通り、液体を吐出する複数のノズル6と、このノズル6が連通する液室2と、この液室2内の液体を加圧する圧力を発生させるためのアクチュエータ(振動板7と圧電素子8)と温度検出素子22を有する高密度液体吐出ヘッドにおいて、アクチュエータ(振動板7と圧電素子8)はアクチュエータ基板1上に薄膜状に形成されている。また、このアクチュエータ基板1上に駆動用IC15を実装している。そして、圧電素子8の駆動時には、圧電素子8と駆動用IC15が発熱するため、発熱密度が高い構成であるとともにアクチュエータが基板1を通じて液室2内のインクに熱が伝わりやすい構成としている。
In this embodiment, the temperature detection element 22 is provided on the upper surface of the diaphragm 7 adjacent to the driving IC 15. The temperature detection signal from the temperature detection element 22 is input to the driving IC 15.
[Action]
Next, other configuration conditions and operations of the inkjet head which is the high-density liquid ejection head having such a configuration will be described.
(i). Maintenance operation control of the nozzle part (nozzle) before the start of printing (empty ink ejection control of the meniscus part in the nozzle part (nozzle 6) before printing)
As described above, the plurality of nozzles 6 for discharging the liquid, the liquid chamber 2 with which the nozzle 6 communicates, and the actuator (the vibration plate 7 and the piezoelectric element for generating pressure to pressurize the liquid in the liquid chamber 2) 8) In the high-density liquid ejection head having the temperature detection element 22, the actuator (the vibration plate 7 and the piezoelectric element 8) is formed on the actuator substrate 1 in a thin film shape. A driving IC 15 is mounted on the actuator substrate 1. When the piezoelectric element 8 is driven, the piezoelectric element 8 and the driving IC 15 generate heat. Therefore, the piezoelectric element 8 and the driving IC 15 are configured to have a high heat generation density and to allow the actuator to easily transmit heat to the ink in the liquid chamber 2 through the substrate 1.

ただし、通常印字時は吐出されるインクにより排熱されるため、ヘッドの温度上昇を抑えることができる。   However, since heat is exhausted by the ejected ink during normal printing, an increase in the temperature of the head can be suppressed.

特に低温低湿度環境下で一定時間吐出されないノズル部(ノズル6)においては、メニスカス部で局部的な乾燥が起こりやすく、低温環境下ではインクの粘度が上昇するため、駆動力の弱い薄膜状の圧電素子8では大きな変位量を確保することが出来ない。このため、圧電素子8の駆動波形(振動波形)に液室2(個別液室)の共振駆動波形を利用しても、空吐出(正常にメンテナンス動作)することが困難となる。尚、メニスカス部は、ノズル6内のインクの先端が表面張力等によって凹んだり凸状に盛り上がったりする部分を言う。   In particular, in the nozzle portion (nozzle 6) that is not discharged for a certain period of time in a low temperature and low humidity environment, local drying is likely to occur in the meniscus portion, and the viscosity of the ink increases in a low temperature environment. The piezoelectric element 8 cannot secure a large amount of displacement. For this reason, even if the resonance drive waveform of the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) is used as the drive waveform (vibration waveform) of the piezoelectric element 8, it is difficult to perform idle discharge (normal maintenance operation). The meniscus portion refers to a portion where the tip of the ink in the nozzle 6 is dented or raised in a convex shape due to surface tension or the like.

ここでは、ノズル部(ノズル6)の空吐出前の予備加熱として、インクが吐出されない条件で駆動電圧波形を駆動用IC15から圧電素子8に印加することで、インクによる排熱が起こらないため、液室2(個別液室)内のインク温度は上昇する。   Here, as the preheating before the idle discharge of the nozzle portion (nozzle 6), the drive voltage waveform is applied from the driving IC 15 to the piezoelectric element 8 under the condition that the ink is not discharged, so that exhaust heat due to the ink does not occur. The ink temperature in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) rises.

即ち、駆動用IC15に印字のための駆動電力が図示しない制御回路からFPC18を介して供給されると、駆動用IC15は圧電素子8に電圧を印加して圧電素子8を発熱させると共に自己発熱を開始する。この際、温度検出素子22から温度検出信号が駆動用IC15に入力される。   That is, when driving power for printing is supplied to the driving IC 15 from a control circuit (not shown) via the FPC 18, the driving IC 15 applies a voltage to the piezoelectric element 8 to cause the piezoelectric element 8 to generate heat and generate self-heating. Start. At this time, a temperature detection signal is input from the temperature detection element 22 to the driving IC 15.

この状態で、図7に示したように駆動用IC15は、ノズル部(ノズル6)の空吐出前に、時間t1の環境温度X1から設定された印字温度(印字開始温度X2)よりも高い予備加熱温度X3になる時間t2まで液室2(個別液室)内のインク温度を上昇させる。そして、駆動用IC15は、温度検出素子22からの温度検出信号から液室2(個別液室)内のインク温度が予備加熱温度X3になったのを検知すると、圧電素子8を振動(作動)させて、ノズル部(ノズル6)の空吐出を行わせる。これにより、ノズル部(ノズル6)からインクが吐出されて、液室2(個別液室)内の熱がインクと共に廃熱されて液室2内の温度が低下する。この液室2内の温度が時間t3で印字温度(印字開始温度X2)になると、駆動用IC15は印字を開始する。   In this state, as shown in FIG. 7, the driving IC 15 performs a preliminary operation higher than the printing temperature (printing start temperature X2) set from the environmental temperature X1 at time t1 before the nozzle portion (nozzle 6) is idlely discharged. The ink temperature in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) is raised until time t2 when the heating temperature becomes X3. When the driving IC 15 detects from the temperature detection signal from the temperature detection element 22 that the ink temperature in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) has reached the preheating temperature X3, the driving IC 15 vibrates (actuates) the piezoelectric element 8. In this way, the nozzle portion (nozzle 6) is ejected idle. Thereby, ink is ejected from the nozzle part (nozzle 6), the heat in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) is wasted together with the ink, and the temperature in the liquid chamber 2 is lowered. When the temperature in the liquid chamber 2 reaches the printing temperature (printing start temperature X2) at time t3, the driving IC 15 starts printing.

このようにインクの空吐出動作を実施することで、ノズル部(ノズル6)におけるインク粘度は低下し、ノズル部(ノズル6)の乾燥したメニスカス部の振動も得られるため、空吐出が可能となる。   By performing the ink ejection operation in this manner, the ink viscosity at the nozzle portion (nozzle 6) is reduced, and vibration of the dried meniscus portion of the nozzle portion (nozzle 6) can also be obtained. Become.

この空吐出による排熱で液室2(個別液室内)のインク温度は低下する。ここでの特徴としては、本ヘッド構成が発熱密度は高いが、各ノズル部(ノズル6)の熱容量は小さいため、ノズル部(ノズル6)からのインク排熱により急激に温度低下させることで、迅速にメニスカス部のインクの粘性を低くし且つ迅速に印字温度(印字開始温度X2)にできることにある。   The ink temperature in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) is lowered by the exhaust heat due to the idle discharge. As a feature here, although the heat generation density of this head configuration is high, since the heat capacity of each nozzle part (nozzle 6) is small, the temperature is suddenly lowered by the heat exhausted from the nozzle part (nozzle 6). The object is to quickly reduce the viscosity of the ink in the meniscus portion and quickly reach the printing temperature (printing start temperature X2).

このように液室2(個別液室内)の温度が所定以下の温度に早く戻ることから、メンテナンス動作時に印字動作までの開始時間を短縮することが出来るようになる。   As described above, since the temperature of the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) quickly returns to a predetermined temperature or less, the start time until the printing operation can be shortened during the maintenance operation.

空吐出波形としては、液室2(個別液室内)の共振周期と合わせることでメニスカス振動を大きくすることが出来、安定して空吐出することができるようになる。   As the idle discharge waveform, the meniscus vibration can be increased by matching with the resonance period of the liquid chamber 2 (individual liquid chamber), and the idle discharge can be stably performed.

本構成のように2列のノズル列に対して列間に駆動用IC15をアクチュエータがアクチュエータ基板1上に実装していることから、駆動用IC15の発熱をノズル列方向に均一に伝えることが出来、液室2(個別液室内)内のインクを予備加熱時に効率よく加熱することが出来る。   Since the driving IC 15 is mounted on the actuator substrate 1 between the two nozzle rows as in this configuration, the heat generated by the driving IC 15 can be transmitted uniformly in the nozzle row direction. The ink in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) can be efficiently heated during the preliminary heating.

駆動用IC15は、アクチュエータ基板1上にフリップチップ実装されており、図1のアンダーフィル剤15aにより封止されている。駆動用IC15の裏面側は他部品と接触することなく、中空状態の構成となっている。   The driving IC 15 is flip-chip mounted on the actuator substrate 1 and sealed with the underfill agent 15a shown in FIG. The back surface side of the driving IC 15 is in a hollow state without contacting other parts.

このため、駆動用IC15で発生する熱は、効率よくアクチュエータ基板1に伝わる構成となっており、印字時にはインクによる排熱が効率よく行われ、予備加熱時には効率よく液室2(個別液室)内のインク温度を高くする効果を有している。
(ii).駆動用IC15による圧電素子8の駆動電圧波形周期すなわち圧電素子8の駆動波形(振動波形)の制御
上記構成において圧電素子8の駆動波形(振動波形)等について説明する。
For this reason, the heat generated in the driving IC 15 is efficiently transmitted to the actuator substrate 1, and waste heat by ink is efficiently performed during printing, and the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) is efficiently performed during preheating. It has the effect of increasing the ink temperature inside.
(ii) Control of drive voltage waveform cycle of piezoelectric element 8 by drive IC 15, that is, drive waveform (vibration waveform) of piezoelectric element 8 The drive waveform (vibration waveform) of piezoelectric element 8 in the above configuration will be described.

2列のノズル列間に駆動用IC15を実装しているため、FPC18の接続端子はヘッドの短手方向に引き出す構成となる。つまり、図2Aに示すとおり、圧電素子8への充放電時に流れる電流は第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12に集結され、駆動チャネル(ノズル)分だけの電流が流れることになる
ここで、予備加熱および空吐出等すべてのチャネル(ノズル)を連続して駆動すると、圧電素子8への充放電時にアクチュエータ基板1上の第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12に流れる電流が非常に大きくなる。このため、エレクトロマイグレーション等の問題を解決するため、配線の断面積を大きくする。この場合、配線厚を厚くするあるいは配線幅を広くする等の設計変更が必要となり、ヘッド構成としてコストアップを招くこととなる。
Since the driving IC 15 is mounted between the two nozzle rows, the connection terminal of the FPC 18 is pulled out in the short direction of the head. That is, as shown in FIG. 2A, the current that flows during charging / discharging of the piezoelectric element 8 is concentrated in the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12, and current corresponding to the drive channel (nozzle) flows. Here, when all channels (nozzles) such as preheating and idle discharge are continuously driven, the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wiring 11 on the actuator substrate 1 are charged and discharged to the piezoelectric element 8. , 12 becomes very large. For this reason, in order to solve problems such as electromigration, the cross-sectional area of the wiring is increased. In this case, a design change such as increasing the wiring thickness or increasing the wiring width is required, resulting in an increase in the cost of the head configuration.

このため、予備加熱あるいは空吐出時における配線部の電流を低減するには、次のような対策をすると良い。   For this reason, in order to reduce the electric current of the wiring part at the time of preheating or empty discharge, the following measures are good.

予備加熱時の駆動用IC15による圧電素子8の駆動電圧波形周期すなわち駆動波形(振動波形)を、液室2(個別液室)の共振周期より長くすることで、第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12を流れる電流の実効電流を小さくしている。   By making the drive voltage waveform period, that is, the drive waveform (vibration waveform) of the piezoelectric element 8 by the drive IC 15 during the preheating longer than the resonance period of the liquid chamber 2 (individual liquid chamber), the first and second Com wires 9, 10, the effective current of the current flowing through the Vcom wirings 11 and 12 is reduced.

ここで、各ノズル6又は各ノズル6に連通する各液室2(個別液室)若しくはノズル6と液室2に跨って形成される液通路(インク通路)を1チャネルとしたとき、駆動用IC15による各チャネルに対応する圧電素子8の駆動制御は次のようにする。   Here, each nozzle 6 or each liquid chamber 2 (individual liquid chamber) communicating with each nozzle 6 or a liquid passage (ink passage) formed across the nozzle 6 and the liquid chamber 2 is a single channel. The drive control of the piezoelectric element 8 corresponding to each channel by the IC 15 is performed as follows.

以下の説明では、各液室2を1チャネルとして説明し、各液室2に対応する圧電素子8を駆動用IC15により駆動して、各圧電素子8の発熱により各液室2を加熱するする場合、圧電素子8により加熱される液室2を駆動チャネルとして説明する。   In the following description, each liquid chamber 2 is described as one channel, the piezoelectric element 8 corresponding to each liquid chamber 2 is driven by the driving IC 15, and each liquid chamber 2 is heated by the heat generated by each piezoelectric element 8. In this case, the liquid chamber 2 heated by the piezoelectric element 8 will be described as a drive channel.

予備加熱時の駆動用IC15で駆動される圧電素子8により加熱される駆動チャネルをたとえば1チャネルおきに分割して、分割したチャネルの圧電素子8を駆動することで、第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12に同時に流れる電流を制限する一方で、この分割したチャネルの圧電素子8の駆動を高速にスイッチングして切り替えることで、全てのチャネルの圧電素子8を時間差で駆動し、全てのチャネル(ノズル6および液室2)を予備加熱する。   The drive channel heated by the piezoelectric element 8 driven by the driving IC 15 at the time of preheating is divided into, for example, every other channel, and the piezoelectric elements 8 of the divided channels are driven, whereby the first and second Com wirings 9 , 10, while limiting the current flowing in the Vcom wirings 11 and 12 simultaneously, the piezoelectric elements 8 of all the channels are driven with a time difference by switching the switching of the piezoelectric elements 8 of the divided channels at high speed. All the channels (nozzle 6 and liquid chamber 2) are preheated.

上記同様、複数のチャネルを分割駆動とするとともに、分割駆動される各チャネルの圧電素子8の駆動波形(駆動電圧波形周期)を液室2の共振周期よりも早くすることで、各チャネルの圧電素子8の発熱を大きくし、発熱効率を高めるとともに、配線部に流れる電流を制限することが出来る。   As described above, the plurality of channels are divided and the drive waveform (drive voltage waveform cycle) of the piezoelectric element 8 of each channel that is divided and driven is made faster than the resonance cycle of the liquid chamber 2, thereby The heat generation of the element 8 can be increased to increase the heat generation efficiency, and the current flowing through the wiring portion can be limited.

予備加熱時の駆動波形として波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の駆動波形よりも長くすることで、配線部に流れる最大電流および実効電流を低減することが出来る
空吐出時の駆動チャネルをたとえば1チャネル(1つのノズル6)おきに分割して、分割したチャネルの圧電素子8を駆動することで、複数の圧電素子8に同時に流れる電流を制限する一方で、複数の圧電素子8を高速でスイッチングして切替駆動することで、複数の液室2内の排熱も急速に出来るようになる。
By setting the rise and fall times of the drive waveform during preheating longer than the drive waveform during ink ejection, the maximum current and effective current flowing through the wiring section can be reduced. For example, by dividing every other channel (one nozzle 6) and driving the piezoelectric elements 8 of the divided channels, the current flowing simultaneously to the plurality of piezoelectric elements 8 is limited, while the plurality of piezoelectric elements 8 are operated at high speed. Thus, the exhaust heat in the plurality of liquid chambers 2 can be rapidly made by switching and switching.

図8は、この発明の他の実施例を示したものである。本実施例の高密度液体吐出ヘッドの基本構成は実施例1の構成と同じである。本実施例では、ノズル列の中央付近に供給口16a(16b)が形成されている。供給口16a(16b)の付近はインクを伝わっていくことから、供給口16a(16b)の近傍の個別液室温度は両端部よりも温度が上がりにくい構成となっている。   FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. The basic configuration of the high-density liquid ejection head of this embodiment is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the supply port 16a (16b) is formed near the center of the nozzle row. Since the ink is transmitted in the vicinity of the supply port 16a (16b), the temperature of the individual liquid chamber in the vicinity of the supply port 16a (16b) is less likely to rise than both ends.

このため、供給口16a(16b)の近傍のチャネルについては、予備加熱による消費電力が大きくなるように制御している。   For this reason, the channel in the vicinity of the supply port 16a (16b) is controlled so that the power consumption by the preheating increases.

図9,図10は、実施例3を示したものである。この実施例3は、実施例1の高密度液体吐出ヘッドをプリンタ等の画像形成装置に適用した例を示したものである。この実施例3の高密度液体吐出ヘッドの基本構成は実施例1に同じとなる。   9 and 10 show the third embodiment. The third embodiment shows an example in which the high-density liquid discharge head of the first embodiment is applied to an image forming apparatus such as a printer. The basic configuration of the high-density liquid ejection head of Example 3 is the same as that of Example 1.

この図9,図10において画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ104で駆動プーリ106Aと従動プーリ106B間に架け渡したタイミングベルト105を介して矢示方向(主走査方向)に移動走査する。   9 and 10, the image forming apparatus holds the carriage 103 slidably in the main scanning direction by a guide rod 101 and a guide rail 102, which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The motor 104 moves and scans in the direction indicated by the arrow (main scanning direction) via the timing belt 105 spanned between the driving pulley 106A and the driven pulley 106B.

このキャリッジ103には、例えば、カラー画像形成用の記録ヘッド107が保持されている。この記録ヘッド107は、ブラック(K)の記録液(インク)の液滴(インク滴)を吐出する高密度液体吐出ヘッド107k、シアン(C)の色の記録液(インク)の色の液滴(インク滴)を吐出する高密度液体吐出ヘッド107c、マゼンタ(M)の色の記録液(インク)の液滴(インク滴)を吐出する高密度液体吐出ヘッド107m、イエロー(Y)の色の記録液(インク)の液滴(インク滴)を吐出する高密度液体吐出ヘッド107yを備えている。この高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yには、実施例1又は実施例2の高密度液体吐出ヘッドの構成が用いられている。   For example, a recording head 107 for forming a color image is held on the carriage 103. The recording head 107 includes a high-density liquid ejection head 107k that ejects droplets (ink droplets) of black (K) recording liquid (ink), and a color droplet of cyan (C) color recording liquid (ink). High-density liquid ejection head 107c that ejects (ink droplets), high-density liquid ejection head 107m that ejects droplets (ink droplets) of magenta (M) color recording liquid (ink), and yellow (Y) color A high-density liquid ejection head 107y that ejects droplets (ink droplets) of recording liquid (ink) is provided. The high-density liquid discharge heads 107k, 107c, 107m, and 107y use the configuration of the high-density liquid discharge head of Example 1 or Example 2.

また、高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yは、主走査方向に沿う方向に配置されていると共に、液滴吐出方向が下方に向けて装着されている。なお、ここでは独立した高密度液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する1又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。   Further, the high-density liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y are arranged in a direction along the main scanning direction, and are mounted with the droplet ejection direction facing downward. In addition, although the independent high-density liquid discharge head is used here, it is also possible to employ a configuration in which one or a plurality of heads having a plurality of nozzle rows that discharge the recording liquid droplets of each color are used. Further, the number of colors and the arrangement order are not limited to this.

キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108を搭載している。このサブタンク108にはインク供給チューブ109を介して図示しないメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。   The carriage 103 is equipped with a sub tank 108 for each color for supplying each color ink to the recording head 107. Ink is supplied to the sub tank 108 from a main tank (ink cartridge) (not shown) via an ink supply tube 109.

一方、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した被記録媒体(用紙)112を給紙するための給紙部として、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙ローラ)113及び給紙ローラ113に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド114を備え、この分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。   On the other hand, as a sheet feeding unit for feeding a recording medium (sheet) 112 loaded on a sheet stacking unit (pressure plate) 111 such as a sheet feeding cassette 110, the sheets 112 are separated and fed from the sheet stacking unit 111 one by one. Opposite to the half-moon roller (feed roller) 113 and the feed roller 113 to be fed, a separation pad 114 made of a material having a large friction coefficient is provided, and this separation pad 114 is urged toward the feed roller 113 side.

そして、この給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド107の下方側で搬送するための搬送部として、用紙112を静電吸着して搬送するための搬送ベルト121と、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ122と、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるための搬送ガイド123と、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された加圧コロ125A及び先端加圧コロ125Bとを備えている。また、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。   As a transport unit for transporting the paper 112 fed from the paper feed unit below the recording head 107, a transport belt 121 for electrostatically attracting and transporting the paper 112, and a paper feed unit A counter roller 122 for transporting the paper 112 fed through the guide 115 while sandwiching it between the transport belt 121 and the paper 112 fed substantially vertically upward is changed by about 90 ° and copied on the transport belt 121. And a pressure roller 125 </ b> A and a tip pressure roller 125 </ b> B urged toward the conveyance belt 121 by the pressing member 124. In addition, a charging roller 126 that is a charging unit for charging the surface of the conveyance belt 121 is provided.

ここで、搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されて、副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129を配置している。   Here, the conveyance belt 121 is an endless belt, and is stretched between the conveyance roller 127 and the tension roller 128, and the conveyance roller 127 rotates from the sub-scanning motor 131 via the timing belt 132 and the timing roller 133. By doing so, it is configured to go around in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). A guide member 129 is disposed on the back side of the conveyance belt 121 in correspondence with the image forming area formed by the recording head 107.

帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。   The charging roller 126 is arranged so as to contact the surface layer of the conveyor belt 121 and rotate following the rotation of the conveyor belt 121, and applies 2.5N to both ends of the shaft as a pressing force.

さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するための排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とを備えている。   Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 112 recorded by the recording head 107, a separation unit for separating the paper 112 from the conveying belt 121, a paper discharge roller 152 and a paper discharge roller 153, and paper discharge A paper discharge tray 154 for stocking the paper 112 to be printed.

また、背部には両面給紙ユニット155が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット155は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。   A double-sided paper feeding unit 155 is detachably mounted on the back. The double-sided paper feeding unit 155 takes in the paper 112 returned by the reverse rotation of the transport belt 121, reverses it, and feeds it again between the counter roller 122 and the transport belt 121.

さらに、図10に示すように、キャリッジ103の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド107のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構156を配置している。   Further, as shown in FIG. 10, a maintenance / recovery mechanism 156 for maintaining and recovering the state of the nozzles of the recording head 107 is arranged in the non-printing area on one side of the carriage 103 in the scanning direction.

この維持回復機構156は、記録ヘッド107の各ノズル面をキャピングするための各キャップ157と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード158と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け159などを備えている。   The maintenance / recovery mechanism 156 includes a cap 157 for capping each nozzle surface of the recording head 107, a wiper blade 158 which is a blade member for wiping the nozzle surface, and a discharge unit for discharging the thickened recording liquid. An empty discharge receiver 159 for receiving droplets when performing empty discharge for discharging droplets that do not contribute to recording is provided.

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125Bで搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。   In the image forming apparatus configured as described above, the sheets 112 are separated and fed one by one from the sheet feeding unit, and the sheet 112 fed substantially vertically upward is guided by the guide 115, and includes the conveyance belt 121 and the counter roller 122. The leading end is guided by the conveying guide 123 and pressed against the conveying belt 121 by the leading end pressing roller 125B, and the conveying direction is changed by about 90 °.

このとき、図示しない制御回路によってACバイアス供給部から帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。   At this time, a positive voltage output and a negative output are alternately repeated from the AC bias supply unit to the charging roller 126 by a control circuit (not shown), that is, a charging voltage pattern in which an alternating voltage is applied and the conveying belt 121 alternates. That is, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width in the sub-scanning direction which is the circumferential direction. When the paper 112 is fed onto the conveyance belt 121 charged alternately with plus and minus, the paper 112 is attracted to the conveyance belt 121 by electrostatic force, and the paper 112 is conveyed in the sub-scanning direction by the circular movement of the conveyance belt 121. Is done.

そこで、キャリッジ103を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。
(記録用紙112への記録)
用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。
Therefore, by driving the recording head 107 according to the image signal while moving the carriage 103 in the forward and backward directions, ink droplets are ejected onto the stopped paper 112 to record one line, and the paper 112 is After transporting a predetermined amount, the next line is recorded.
(Recording on recording paper 112)
Upon receiving a signal that the trailing edge of the paper 112 has reached the recording area, the recording operation is terminated, and the paper 112 is discharged onto the paper discharge tray 154.

また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット155内に送り込み、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する
また、印字(記録)待機中にはキャリッジ103は維持回復機構156側に移動されて、キャップ157で記録ヘッド107のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ157で記録ヘッド107をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド107のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード158でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド107の安定した吐出性能を維持する。
In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the recording belt 112 is fed into the double-sided paper feeding unit 155 by rotating the conveyor belt 121 in the reverse direction. The paper 112 is reversed (with the back surface being the printing surface), and is fed again between the counter roller 122 and the conveyor belt 121. The timing is controlled, and the sheet is conveyed onto the conveyor bell 121 as described above. Then, after recording on the back surface, the paper is discharged to the paper discharge tray 154. Also, during printing (recording) standby, the carriage 103 is moved to the maintenance / recovery mechanism 156 side, and the nozzle surface of the recording head 107 is moved by the cap 157. Capping is performed to prevent ejection failure due to ink drying by keeping the nozzle in a wet state. In addition, the recording liquid is sucked from the nozzle while the recording head 107 is capped with the cap 157 (referred to as “nozzle suction” or “head suction”), and a recovery operation is performed to discharge the thickened recording liquid and bubbles. Wiping is performed by the wiper blade 158 in order to clean and remove ink adhering to the nozzle surface of the recording head 107 by the recovery operation. In addition, an idle ejection operation for ejecting ink not related to recording is performed before the start of recording or during recording. Thereby, the stable ejection performance of the recording head 107 is maintained.

このようにこの画像形成装置においては本発明に係る高密度液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、小型化、低コスト化を図るとともに吐出ヘッドサイズが同等で吐出可能なノズル数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。
(高密度液体吐出ヘッドの印字動作開始制御の構成)
この実施例の画像形成装置では、駆動前は画像形成装置が設置されている場所の環境温度(外部温度)により画像形成装置内(機内)の初期温度が決定され、この初期温度の状態から主走査モータ104や副走査モータ131等のモータを駆動したとき、このモータの発熱により機内温度が初期温度から上昇する。この機内温度は、高密度液体吐出ヘッドの印字性能に影響する。
As described above, since the image forming apparatus includes the recording head constituted by the high-density liquid ejection head according to the present invention, it is possible to reduce the size and cost and to increase the number of ejectable nozzles with the same ejection head size. Therefore, further high-speed printing is possible. In the above-described embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a recording liquid or a fixing processing liquid that is a liquid other than ink.
(Configuration of print operation start control of high-density liquid ejection head)
In the image forming apparatus of this embodiment, the initial temperature in the image forming apparatus (inside the apparatus) is determined by the environmental temperature (external temperature) of the place where the image forming apparatus is installed before driving. When a motor such as the scanning motor 104 or the sub-scanning motor 131 is driven, the internal temperature rises from the initial temperature due to heat generated by the motor. This in-machine temperature affects the printing performance of the high-density liquid discharge head.

このため、本実施例では、プリンタ等の画像形成装置内(機内)の雰囲気温度を検出するための機内温度検出素子(本体用温度検出素子)23をキャリッジ103内に搭載している。   For this reason, in this embodiment, an in-machine temperature detecting element (main body temperature detecting element) 23 for detecting the atmospheric temperature in an image forming apparatus (in-machine) such as a printer is mounted in the carriage 103.

このような画像形成装置では、記録用の用紙112の高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yによる印字領域外で予備加熱動作をさせることにより、実施例1の液室2(個別液室)内のインク温度を上昇させる。しかも、高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107y内の温度検出素子22の温度が所定以上になったときに空吐出波形を印加することで、メニスカス振動を大きくできることから安定して空吐出を行うことができる。空吐出されたインクによる排熱で液室2(個別液室)内の温度は低下する。   In such an image forming apparatus, the liquid chamber 2 (individual liquid chamber 2) according to the first embodiment is performed by performing a preheating operation outside the printing area of the recording paper 112 by the high-density liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y. ) Increase the ink temperature inside. In addition, when the temperature of the temperature detection element 22 in the high-density liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y becomes equal to or higher than a predetermined value, the meniscus vibration can be increased to stably increase the idle ejection. It can be performed. The temperature in the liquid chamber 2 (individual liquid chamber) decreases due to exhaust heat due to the ink ejected in the idle state.

機内雰囲気温度よりも若干高い状態で、機内雰囲気温度に対してヘッド温度差の温度テーブルを持っており、その温度差が所定範囲内になったら印字動作を開始することができる。   A head temperature difference table with respect to the in-machine atmosphere temperature is held in a state slightly higher than the in-machine atmosphere temperature, and the printing operation can be started when the temperature difference falls within a predetermined range.

これは、通常印字状態においても発熱と排熱のバランスにより、数℃上昇するためである。   This is because even in the normal printing state, the temperature rises by several degrees due to the balance between heat generation and exhaust heat.

ただ、実施例1のアクチュエータ基板1に形成されている電極およびアクチュエータ基板1自体の熱伝導率が高いことから、高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107y(以下、場合により単にヘッドと略称)内の温度均一性は確保することができる。   However, because the electrodes formed on the actuator substrate 1 of Example 1 and the actuator substrate 1 itself have high thermal conductivity, the high-density liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y (hereinafter, simply abbreviated as the head in some cases). ) Temperature uniformity can be ensured.

ここで、温度検出素子(場合により、ヘッド温度検出素子と略称)22で検出されるヘッド温度検出信号からヘッド温度データが得られ、機内雰囲気温度検出素子23からの機内温度検出信号から機内温度データが得られる。このヘッド温度データと機内温度データは随時リアルタイムで得られて図11のヘッドコントローラ(ヘッド制御装置)24に入力されるようになっている。このヘッドコントローラ24は、高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yの印字動作の制御を行うようになっている。また、ヘッドコントローラ24にはメモリMが接続され、このメモリMには温度テーブルデータが格納されている。   Here, head temperature data is obtained from a head temperature detection signal detected by a temperature detection element (abbreviated as a head temperature detection element in some cases) 22, and in-machine temperature data from an in-machine temperature detection signal from the in-machine atmosphere temperature detection element 23. Is obtained. The head temperature data and the in-machine temperature data are obtained as needed in real time and are input to the head controller (head controller) 24 shown in FIG. The head controller 24 controls the printing operation of the high-density liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y. Further, a memory M is connected to the head controller 24, and temperature table data is stored in the memory M.

この温度テーブルデータとしては、例えば、表1に示したように画像形成装置の駆動開始時の機内雰囲気温度と印字動作を開始する温度差との関係を示すデータである。画像形成装置の駆動開始時の機内雰囲気温度が高いと、第1,第2共通液室17a,17b内のインク温度が高いことから、機内温度が高いほど、機内雰囲気との温度差が小さくなってから印字動作を開始するように設定するデータである。   As the temperature table data, for example, as shown in Table 1, it is data indicating the relationship between the in-machine atmospheric temperature at the start of driving of the image forming apparatus and the temperature difference at which the printing operation starts. When the in-machine atmosphere temperature at the start of driving of the image forming apparatus is high, the ink temperature in the first and second common liquid chambers 17a and 17b is high. Therefore, the higher the in-machine temperature, the smaller the temperature difference from the in-machine atmosphere. The data is set so that the printing operation is started.

このような画像形成装置の本体シーケンスの構成としては、リアルタイムで得られるヘッド温度データと機内温度データおよび温度テーブルデータをヘッドコントローラ24により演算して、空吐出動作から印字動作を開始する判断をする等の構成で実現できる。   As a configuration of the main body sequence of such an image forming apparatus, the head controller 24 calculates the head temperature data, the in-machine temperature data, and the temperature table data obtained in real time, and determines to start the printing operation from the idle ejection operation. Etc.

この際、ヘッドコントローラ24は、画像形成装置の駆動開始時の機内温度データを機内雰囲気温度検出素子23で検出して画像形成装置の駆動初期の機内雰囲気温度とし、駆動初期の機内雰囲気温度に対応する印字開始温度差を求める。一方、ヘッドコントローラ24は、リアルタイムで得られるヘッド温度データと機内温度データとの実温度差を演算する。   At this time, the head controller 24 detects the in-machine temperature data at the start of driving of the image forming apparatus by the in-machine atmosphere temperature detecting element 23 to obtain the in-machine atmosphere temperature in the initial driving of the image forming apparatus, and corresponds to the in-machine atmospheric temperature in the initial driving. Find the print start temperature difference. On the other hand, the head controller 24 calculates the actual temperature difference between the head temperature data obtained in real time and the in-machine temperature data.

そして、ヘッドコントローラ24は、図12のステップS1の予備加熱動作をして、ステップS2で空吐出し、ステップS3でヘッド温度が適温になったか否かを表1の温度テーブルに基づいて判断し、ヘッド温度が適温になったと判断したとき即ち機内温度に対応する温度差が表1の備考に記載した温度差(印字開始温度差)となったときにステップS4に移行して空吐出動作から印字動作を開始する判断をさせる。   Then, the head controller 24 performs the preheating operation in step S1 in FIG. 12, performs idle ejection in step S2, and determines whether or not the head temperature has reached an appropriate temperature in step S3 based on the temperature table in Table 1. When it is determined that the head temperature has reached an appropriate temperature, that is, when the temperature difference corresponding to the in-machine temperature has reached the temperature difference (printing start temperature difference) described in the remarks of Table 1, the process proceeds to step S4 and the empty discharge operation is started. Make a decision to start the printing operation.

尚、ヘッドコントローラ(ヘッド制御装置)24は、図示しないフレキシブルケーブルおよびキャリッジ103を介して、高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yに接続されていて、各高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yの駆動用IC(実施例1の駆動用IC15)を介して実施例1の圧電素子8を駆動制御する。このようなヘッドコントローラ24の機能は駆動用IC15に持たせることもできる。   The head controller (head control device) 24 is connected to the high-density liquid discharge heads 107k, 107c, 107m, and 107y via a flexible cable and a carriage 103 (not shown), and the high-density liquid discharge heads 107k, 107c. , 107m and 107y, the piezoelectric element 8 of the first embodiment is driven and controlled via the driving ICs (driving IC 15 of the first embodiment). Such a function of the head controller 24 can be provided to the driving IC 15.

上記、空吐出動作後に印字を開始するヘッド部(高密度液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107y)の温度(ヘッド温度)に関して、機内雰囲気温度が高いと共通液室内のインク温度が高いことから、印字時の駆動波形電圧は低くなり、圧電素子8および駆動用IC15での発熱が低くなることから、通常印字時の温度上昇幅が小さくなる。   Regarding the temperature (head temperature) of the head section (high-density liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, 107y) that starts printing after the idle ejection operation, the ink temperature in the common liquid chamber is high when the internal atmosphere temperature is high. The drive waveform voltage at the time of printing becomes low, and the heat generation at the piezoelectric element 8 and the driving IC 15 becomes low, so that the temperature increase width at the time of normal printing becomes small.

このため、空吐出後のヘッド温度と機内雰囲気温度との差が大きいと印字中に温度が低下するため、駆動波形制御が困難となるため、機内雰囲気温度が高いほど、機内雰囲気との温度差が小さくなってから印字動作を開始するように設定する。   For this reason, if the difference between the head temperature after empty ejection and the ambient temperature in the machine is large, the temperature will drop during printing, making it difficult to control the drive waveform. Set so that the printing operation starts when becomes smaller.

環境温度:10℃において、1日保管した状態で動作を確認した。   Operation was confirmed in an ambient temperature of 10 ° C. with storage for one day.

環境温度:10℃から全てのチャネル(ノズル6及び液室2)に対して、予備加熱波形を印加し、約10秒後にはノズル板5上面温度が40℃に到達。   Ambient temperature: A preheating waveform is applied to all channels (nozzle 6 and liquid chamber 2) from 10 ° C., and the upper surface temperature of the nozzle plate 5 reaches 40 ° C. after about 10 seconds.

その直後に空吐出動作を実施。   Immediately after that, the empty discharge operation is performed.

空吐出開始から数秒後にはノズル板5上面温度は13℃以下まで冷却され、そのノズル板5上面温度に適した実際の駆動波形を印加することにより、すべてのチャネル(ノズル)において正常吐出することを確認した。
(補足説明1)
高密度液体吐出ヘッドでは、ヘッド構成を複雑化することなく、低温およびメニスカス乾燥状態でも安定して空吐出でき、その後印字動作に入れるようにするのが望ましい。また、高密度液体吐出ヘッドでは、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できるのが望ましい。
A few seconds after the start of idle discharge, the upper surface temperature of the nozzle plate 5 is cooled to 13 ° C. or less, and by applying an actual drive waveform suitable for the upper surface temperature of the nozzle plate 5, normal discharge is performed in all channels (nozzles). It was confirmed.
(Supplementary explanation 1)
In a high-density liquid ejection head, it is desirable that the head configuration can be stably ejected even at a low temperature and in a meniscus dry state without complicating the head configuration, and then the printing operation is performed. Moreover, in order to reduce the maintenance frequency due to the ink suction operation or the like, it is desirable that the high-density liquid discharge head be refreshed by idle discharge so that normal discharge can be performed early.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドは、複数の液室2が設けられたアクチュエータ基板1と、前記複数の液室2からインクを吐出する複数のノズル6と、前記液室2の上部を閉成する薄膜状の振動板7および前記振動板7上に設けられた薄膜状の圧電素子8を有し、且つ、前記圧電素子8で前記振動板7を振動させることにより、前記液室2内のインクを加圧する薄膜状のアクチュエータと、前記アクチュエータ基板1上に設けられて前記圧電素子8を駆動制御させる駆動用IC15と、前記液室2内の温度を検出するヘッド温度検出素子(温度検出素子22)と、を備えている。そして前記駆動用IC15が前記ヘッド温度検出素子(温度検出素子22)からの検出温度信号に基づいて前記圧電素子8を駆動制御することにより、前記圧電素子8および前記駆動用IC15は前記圧電素子8の駆動制御時にそれぞれ発熱して前記液室2内のインク温度を上昇させることができるようになっている。しかも、前記駆動制御は、印字開始前に前記ノズル6からインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を前記圧電素子8に印加することにより、前記圧電素子8を発熱させると同時に自己発熱して、前記液室2内のインク温度を所定以上の温度とする前記液室2の予備加熱工程と、前記液室2内の液体(インク)が印字のための適温になるまで前記液室2内のインクを前記ノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、前記液室2内の液体(インク)が印字のための適温になったときに前記ノズル6から前記液体(インク)を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、を有する。   Therefore, the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention includes an actuator substrate 1 provided with a plurality of liquid chambers 2, a plurality of nozzles 6 that eject ink from the plurality of liquid chambers 2, and the liquid A thin-film diaphragm 7 that closes the upper portion of the chamber 2 and a thin-film piezoelectric element 8 provided on the diaphragm 7, and the diaphragm 7 is vibrated by the piezoelectric element 8. A thin-film actuator that pressurizes the ink in the liquid chamber 2, a driving IC 15 that is provided on the actuator substrate 1 and controls the driving of the piezoelectric element 8, and a head that detects the temperature in the liquid chamber 2. A temperature detection element (temperature detection element 22). The driving IC 15 controls the driving of the piezoelectric element 8 based on the detected temperature signal from the head temperature detecting element (temperature detecting element 22), so that the piezoelectric element 8 and the driving IC 15 are in the piezoelectric element 8. During the drive control, the ink temperature in the liquid chamber 2 can be raised by generating heat. In addition, the drive control applies a drive voltage waveform to the piezoelectric element 8 under the condition that ink is not ejected from the nozzle 6 before the start of printing, thereby causing the piezoelectric element 8 to generate heat and simultaneously generating heat. A preliminary heating step of the liquid chamber 2 for setting the ink temperature in the liquid chamber 2 to a predetermined temperature or more, and the ink in the liquid chamber 2 until the liquid (ink) in the liquid chamber 2 reaches an appropriate temperature for printing. An empty discharge step of discharging the nozzle from the nozzle, and a printing operation by discharging the liquid (ink) from the nozzle 6 when the liquid (ink) in the liquid chamber 2 reaches an appropriate temperature for printing. A printing process to be started.

この構成によれば、高密度液体吐出ヘッドでは、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる。   According to this configuration, in the high-density liquid ejection head, maintenance frequency due to ink suction operation or the like is reduced, so refreshing can be performed by idle ejection and normal ejection can be performed early.

しかも、アクチュエータ基板1上に発熱体である圧電素子8と駆動用IC15を実装し、インク不吐出状態では液室(個別液室)2内のインク温度を上昇させ、インク吐出時には排熱により急激に温度低下できる構成としているため、メニスカス乾燥時のメンテナンス動作において、インク吐出しない予備加熱工程と空吐出工程と空吐出により温度低下してから印字動作を行うことにより、吐出力の低い薄膜状の圧電素子8を有するヘッドにおいても安定したメンテナンス動作を実施することができるようになる。   In addition, the piezoelectric element 8 that is a heating element and the driving IC 15 are mounted on the actuator substrate 1 to increase the ink temperature in the liquid chamber (individual liquid chamber) 2 in the ink non-ejection state, and suddenly due to exhaust heat during ink ejection. Therefore, in the maintenance operation during meniscus drying, the preheating process that does not discharge ink, the idle discharge process, and the printing operation is performed after the temperature drops due to idle discharge. A stable maintenance operation can be performed even in the head having the piezoelectric element 8.

尚、高密度液体吐出ヘッドの発熱密度を小さくまた、熱容量を小さくし高密度液体吐出ヘッドを加熱できる構成とし、通常インク吐出時はインク吐出により排熱できる構成としている。
(補足説明2)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、ヘッド構成を複雑化することなく、低温およびメニスカス乾燥状態でも安定して空吐出でき、その後印字動作に入れることが望ましい。
The high-density liquid discharge head has a configuration in which the heat generation density of the high-density liquid discharge head is reduced and the heat capacity is reduced so that the high-density liquid discharge head can be heated.
(Supplementary explanation 2)
In addition, it is desirable that the high-density liquid ejection head can stably perform idle ejection even at a low temperature and in a meniscus dry state without complicating the head configuration, and then enters a printing operation.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて前記駆動用IC15は、前記圧電素子8を駆動制御して、前記空吐出時のインク温度を印字動作時のインク温度よりも高くしている。   For this reason, in the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention, the driving IC 15 drives and controls the piezoelectric element 8 so that the ink temperature during the idle ejection is higher than the ink temperature during the printing operation. ing.

この構成によれば、上記予備加熱温度を印字動作時の温度より高くした状態で空吐出することでメニスカス振動を大きくでき、空吐出の確実性が大幅に向上できる。また、空吐出により排熱できるとともに、ヘッドの熱容量が小さいため、急激に温度は低下でき、そのまま印字動作に移行できる。
(補足説明3)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板1上の配線パターンに流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板1上の配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できるようにすることが望ましい。
According to this configuration, meniscus vibration can be increased by performing idling while the preheating temperature is higher than the temperature during the printing operation, and the reliability of idling can be greatly improved. In addition, heat can be exhausted by idle ejection, and since the thermal capacity of the head is small, the temperature can be drastically lowered and the process can be shifted to a printing operation as it is.
(Supplementary explanation 3)
Further, in the high-density liquid discharge head, the current flowing through the wiring pattern on the actuator substrate 1 during preheating is suppressed, whereby the wiring film thickness on the actuator substrate 1 (first and second Com wirings 9 and 10, Vcom wiring 11). It is desirable to prevent electromigration without increasing the film pressure of 12).

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用IC15は、前記圧電素子8の駆動電圧波形周期が前記液室の共振周期より長くなるよう、前記圧電素子8を駆動制御させるようになっている。   Therefore, the driving IC 15 of the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention drives and controls the piezoelectric element 8 so that the driving voltage waveform period of the piezoelectric element 8 is longer than the resonance period of the liquid chamber. It is supposed to let you.

この構成によれば、予備加熱工程において、駆動電圧波形周期を液室(個別液室)2の共振周期より長くしていることにより、圧電素子8の充放電時に流れるアクチュエータ基板1上の配線部(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
(補足説明4)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板1上の配線パターン(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板1上の配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できるようにすることが望ましい。
According to this configuration, the drive voltage waveform cycle is longer than the resonance cycle of the liquid chamber (individual liquid chamber) 2 in the preheating step, so that the wiring portion on the actuator substrate 1 that flows during charging / discharging of the piezoelectric element 8 is performed. The maximum current and effective current of the (first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12) can be reduced, and the wiring thickness (first and second Com wirings) is used for reliability measures such as electromigration. 9, 10 and the film pressure of the Vcom wirings 11 and 12 are not required to be thickened, and the cost is not increased.
(Supplementary explanation 4)
Further, in the high-density liquid ejection head, the current flowing through the wiring pattern (first and second Com wirings 9 and 10 and Vcom wirings 11 and 12) on the actuator substrate 1 at the time of preheating is suppressed, so that the current on the actuator substrate 1 is reduced. It is desirable to prevent electromigration without increasing the wiring film thickness (film pressure of the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12).

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用IC15は、前記複数の圧電素子8のうち同時に駆動制御する対象を切り替えることにより、前記圧電素子8の発熱で同時に予備加熱する前記液室2の数を制限するようにする。   For this reason, the driving IC 15 of the high-density liquid discharge head according to the embodiment of the present invention simultaneously preheats the heat generated by the piezoelectric element 8 by switching the target to be simultaneously driven and controlled among the plurality of piezoelectric elements 8. The number of the liquid chambers 2 is limited.

この構成によれば、予備加熱工程において、同時に予備加熱する チャネル(ノズル)数を制限して、駆動チャネル(液室2)を切り替えて加熱することにより、圧電素子8の充放電時に流れるアクチュエータ基板1上の配線部(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
(補足説明5)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板1上の配線パターン(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板1上の配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できることが望ましい。
According to this configuration, in the preheating step, the number of channels (nozzles) to be preheated at the same time is limited, and the drive channel (liquid chamber 2) is switched and heated, whereby the actuator substrate that flows during charging and discharging of the piezoelectric element 8 1 can reduce the maximum current and effective current of the wiring portion (first and second Com wirings 9 and 10 and Vcom wirings 11 and 12), and can reduce the wiring thickness (first thickness) for reliability measures such as electromigration. It is not necessary to increase the film thickness of the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12, and the cost is not increased.
(Supplementary explanation 5)
Further, in the high-density liquid ejection head, the current flowing through the wiring pattern (first and second Com wirings 9 and 10 and Vcom wirings 11 and 12) on the actuator substrate 1 at the time of preheating is suppressed, so that the current on the actuator substrate 1 is reduced. It is desirable that electromigration can be prevented without increasing the wiring film thickness (film pressure of the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12).

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用IC15は、前記圧電素子8の前記駆動電圧波形の周期が前記液室2の共振周期より短くなるように前記圧線素子8を駆動制御させると共に、前記駆動電圧波形で同時に駆動制御する前記圧電素子8の対象を制限することにより、同時に予備加熱する前記液室2の数を制限する。   For this reason, the driving IC 15 of the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention has the pressure line element such that the period of the driving voltage waveform of the piezoelectric element 8 is shorter than the resonance period of the liquid chamber 2. 8 and the number of the liquid chambers 2 to be preheated simultaneously are limited by restricting the target of the piezoelectric element 8 that is simultaneously driven and controlled by the drive voltage waveform.

この構成によれば、予備加熱工程において、駆動電圧波形周期が共振周期より短く、同時に予備加熱するチャネル(液室2)の数を制限して、加熱することにより、圧電素子8の充放電時に流れるアクチュエータ基板1上の配線部(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
(補足説明6)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板1上の配線パターン(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板1上の配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できることが望ましい。
According to this configuration, in the preheating step, the drive voltage waveform period is shorter than the resonance period, and the number of channels (liquid chamber 2) to be preheated at the same time is limited and heated. The maximum current and effective current of the wiring portion (first and second Com wirings 9 and 10 and Vcom wirings 11 and 12) on the flowing actuator substrate 1 can be reduced, and the wiring film is used for reliability measures such as electromigration. It is not necessary to increase the thickness (film pressure of the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12), and the cost is not increased.
(Supplementary explanation 6)
Further, in the high-density liquid ejection head, the current flowing through the wiring pattern (first and second Com wirings 9 and 10 and Vcom wirings 11 and 12) on the actuator substrate 1 at the time of preheating is suppressed, so that the current on the actuator substrate 1 is reduced. It is desirable that electromigration can be prevented without increasing the wiring film thickness (film pressure of the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12).

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用IC15は、前記圧電素子8の駆動電圧波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の電圧波形よりも長く制御する。   For this reason, the driving IC 15 of the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention controls the rise and fall times of the drive voltage waveform of the piezoelectric element 8 to be longer than the voltage waveform during ink ejection.

この構成によれば、予備加熱工程において、駆動電圧波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の電圧波形よりも長くすることにより、圧電素子8の充放電時に流れるアクチュエータ基板1上の配線部(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
(補足説明7)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備駆動時のインク供給口16aの近傍消費電力を大きくすることにより、第1,第2共通液室17a,17bのインクによる冷却作用を補い、ヘッドを均一に予備加熱できることが望ましい。
According to this configuration, in the preheating step, the rise and fall times of the drive voltage waveform are made longer than the voltage waveform at the time of ink ejection, whereby the wiring portion on the actuator substrate 1 that flows during charging / discharging of the piezoelectric element 8 ( The maximum current and effective current of the first and second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12 can be reduced, and the wiring film thickness (first and second Com wirings 9 can be used for reliability measures such as electromigration. , 10, and the film pressure of the Vcom wirings 11 and 12 are not required to be thickened, and the cost is not increased.
(Supplementary explanation 7)
Further, in the high-density liquid ejection head, the power consumption in the vicinity of the ink supply port 16a during preliminary driving is increased, so that the cooling action by the ink in the first and second common liquid chambers 17a and 17b is compensated, and the head is made uniform. It is desirable to be able to preheat.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の液室2に連通する共通路(第1,第2共通液室17a,17b)へインクを供給する供給口16a,16bが前記複数の液室2の一部に近接するように設けられていると共に、前記駆動用IC15は、前記供給口16a,16bの近傍の前記液室2に対応する前記圧電素子8の予備駆動による消費電力を他の前記液室2に対応する圧電素子8の予備駆動による消費電力よりも大きくする。   For this reason, in the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention, the supply ports 16a for supplying ink to the common paths (first and second common liquid chambers 17a, 17b) communicating with the plurality of liquid chambers 2 are provided. 16b is provided so as to be close to a part of the plurality of liquid chambers 2, and the driving IC 15 is a spare for the piezoelectric element 8 corresponding to the liquid chamber 2 in the vicinity of the supply ports 16a and 16b. The power consumption by driving is made larger than the power consumption by preliminary driving of the piezoelectric elements 8 corresponding to the other liquid chambers 2.

この構成によれば、予備加熱工程において、供給口16a,16bの近傍チャネル(液室2)の予備駆動による消費電力を他のチャネル(液室2)よりも大きくすることで、供給口16a,16bの近傍はインクへの放熱により温度が上がりにくい構成となるが、ノズル列(第1,第2ノズル列Nz1,Nz2)に対して均一に温度上昇できるようになる。
(補足説明8)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、空吐出時のメニスカス振動を大きくし、メンテナンス動作を確実に実施できることが望ましい。
According to this configuration, in the preheating process, the power consumption due to the preliminary driving of the channels (liquid chamber 2) in the vicinity of the supply ports 16a and 16b is made larger than that of the other channels (liquid chamber 2). In the vicinity of 16b, the temperature hardly rises due to heat radiation to the ink, but the temperature can be increased uniformly with respect to the nozzle rows (first and second nozzle rows Nz1, Nz2).
(Supplementary explanation 8)
Further, in the high density liquid discharge head, it is desirable that the meniscus vibration at the time of idle discharge is increased so that the maintenance operation can be reliably performed.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用IC15は、前記空吐出工程における前記駆動電圧波形を前記液室2の共振波形に制御する。   For this reason, the driving IC 15 of the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention controls the drive voltage waveform in the idle ejection process to the resonance waveform of the liquid chamber 2.

この構成によれば、空吐出波形において空吐出駆動は共振波形を印加することで、メニスカス振動を大きくでき安定した空吐出動作を実現できる。また、空吐出の駆動電圧を低くすることができ、低消費電力とすることができる。
(補足説明9)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、空吐出時のアクチュエータ基板1上の配線パターン(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板1上の配線膜厚を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できることが望ましい。
According to this configuration, by applying a resonance waveform to the idle ejection waveform in the idle ejection waveform, the meniscus vibration can be increased and a stable idle ejection operation can be realized. Further, the driving voltage for idle ejection can be lowered, and the power consumption can be reduced.
(Supplementary explanation 9)
Further, in the high-density liquid ejection head, the current on the wiring pattern (first and second Com wirings 9 and 10 and Vcom wirings 11 and 12) on the actuator substrate 1 at the time of idle ejection is suppressed to suppress the current on the actuator substrate 1. It is desirable that electromigration can be prevented without increasing the wiring film thickness.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用IC15は、前記空吐出工程で前記複数の圧電素子8のうち同時に駆動制御させる対象を制限する制御をして、前記空吐出を同時にさせる前記液室2の数を制限すると共に、前記複数の圧電素子8のうち同時に駆動制御させる対象を切替制御することにより、前記複数の液室2のうち前記空吐出させる対象を切り替えるようにする。   For this reason, the driving IC 15 of the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention performs control for limiting the targets to be simultaneously driven and controlled among the plurality of piezoelectric elements 8 in the idle ejection process. The number of the liquid chambers 2 to be discharged simultaneously is limited, and the target to be driven and controlled simultaneously among the plurality of piezoelectric elements 8 is switched, thereby switching the target to be emptyly discharged among the plurality of liquid chambers 2. Like that.

空吐出動作において、同時に空吐出する チャネル数を制限して、チャネル(液室2)を切り替えて空吐出することにより、圧電素子8の充放電時に流れるアクチュエータ基板1上の配線部(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12)の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚(第1,第2Com配線9,10、Vcom配線11,12の膜圧)を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
(補足説明10)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のノズル列内分布を均一化し、安定したメンテナンス動作を確保できるのが望ましい。
In the idle ejection operation, the number of channels simultaneously idled is limited, and the channels (liquid chamber 2) are switched to perform idle ejection, whereby the wiring portion (first, first) on the actuator substrate 1 that flows when the piezoelectric element 8 is charged and discharged. The maximum current and effective current of the second Com wirings 9 and 10 and the Vcom wirings 11 and 12 can be reduced, and the wiring film thickness (first and second Com wirings 9 and 10, It is not necessary to increase the film thickness of the Vcom wirings 11 and 12, and the cost is not increased.
(Supplementary explanation 10)
In addition, in the high-density liquid discharge head, it is desirable that the distribution in the nozzle row at the time of preheating is made uniform and a stable maintenance operation can be secured.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用IC15は少なくとも二つのノズル列(第1,第2ノズル列Nz1,Nz2)間に実装されている。   Therefore, in the high-density liquid ejection head according to the embodiment of the present invention, the driving IC 15 is mounted between at least two nozzle rows (first and second nozzle rows Nz1, Nz2).

この構成によれば、二つのノズル列(第1,第2ノズル列Nz1,Nz2)間に駆動用IC15が実装されていることから、駆動用ICからの発熱をノズル列(第1,第2ノズル列Nz1,Nz2)方向に均一に伝えることができ、予備加熱時に均一温度上昇ができるとともに、空吐出時に均一に温度低下できるようになる。
(補足説明11)
また、低コストでノズル位置精度を確保できる画像形成装置を提供できるのが望ましい。
According to this configuration, since the driving IC 15 is mounted between the two nozzle rows (first and second nozzle rows Nz1, Nz2), heat generated from the driving IC is generated by the nozzle rows (first and second nozzle rows). Nozzle rows Nz1, Nz2) can be transmitted uniformly, and the temperature can be increased uniformly during preheating, and the temperature can be decreased uniformly during idle ejection.
(Supplementary explanation 11)
It is also desirable to be able to provide an image forming apparatus that can ensure nozzle position accuracy at low cost.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は、機内雰囲気温度より高い温度であり、機内雰囲気温度との差を温度テーブルと比較して所定温度以下になることで判断する。   For this reason, in the high-density liquid discharge head according to the embodiment of the present invention, the head temperature at which the printing operation after empty discharge starts is higher than the in-machine atmosphere temperature, and the difference from the in-machine atmosphere temperature is compared with the temperature table. Judgment is made when the temperature falls below a predetermined temperature.

この構成によれば、空吐出後の印字動作を開始する温度は、機内雰囲気温度との差異が所定温度以下になった時点としている。これは、印字開始後の温度上昇を考慮して、空吐出後のインク温度が機内雰囲気温度よりも高い状態でも印字を開始するためで、印字開始後の温度変化を低くできるようにしている。
(補足説明12)
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱および空吐出動作後のヘッド温度は雰囲気温度よりも高くなっているが、印字時のインクによる排熱でヘッド温度変動が所定以下に抑えられるようにするのが望ましい。
According to this configuration, the temperature at which the printing operation after the idle discharge is started is the time when the difference from the in-machine atmosphere temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. This is because in consideration of the temperature rise after the start of printing, printing is started even when the ink temperature after idle ejection is higher than the atmosphere temperature inside the apparatus, so that the temperature change after the start of printing can be lowered.
(Supplementary explanation 12)
In the high-density liquid discharge head, the head temperature after the preliminary heating and the idle discharge operation is higher than the ambient temperature, but the head temperature fluctuation is suppressed to a predetermined value or less by the exhaust heat due to the ink during printing. Is desirable.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は、印字開始時の機内雰囲気との温度差が雰囲気温度が高いときほど、小さくなるように設定されている。   For this reason, in the high-density liquid discharge head according to the embodiment of the present invention, the head temperature at which the printing operation after the idle discharge is started becomes smaller as the temperature difference from the in-machine atmosphere at the start of printing becomes higher. Is set to

この構成によれば、空吐出後の印字動作を開始する温度は、印字開始時の機内雰囲気との温度差が雰囲気温度が高いときほど、小さくしている。これは、機内雰囲気温度にともないインク温度が高くなり、印字時の駆動波形電圧が低くなることから、印字動作時の温度上昇が小さくなることに対して、印字開始後の温度変化を低くできるようにしている。
(補足説明13)
予備加熱および空吐出動作時の雰囲気温度が高いほうが、印字時のインクによる排熱でのヘッド温度変動が小さくなるため、空吐出終了後に印字を開始するまでの時間を短く出来るようにするのが望ましい。
According to this configuration, the temperature at which the printing operation after the idle discharge is started is made smaller as the temperature difference from the atmosphere inside the apparatus at the start of printing is higher. This is because the ink temperature increases with the ambient temperature in the machine, and the drive waveform voltage at the time of printing decreases, so that the temperature rise at the time of printing can be reduced, and the temperature change after the start of printing can be reduced. I have to.
(Supplementary explanation 13)
The higher the ambient temperature during preheating and idle ejection operation, the smaller the head temperature fluctuation due to exhaust heat due to ink during printing, so it is possible to shorten the time until printing starts after idle ejection ends. desirable.

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドは、駆動用IC15を前記アクチュエータ基板1上にフリップチップ実装し、前記駆動用IC15の裏面側を他の部材に接しない構成とする。   For this reason, the high-density liquid discharge head according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the driving IC 15 is flip-chip mounted on the actuator substrate 1 and the back side of the driving IC 15 is not in contact with other members.

この構成によれば、駆動用IC15をアクチュエータ基板1上にフリップチップ実装し、駆動用IC15の裏面側を他の部材に接しない構成とすることで駆動用IC15からはアクチュエータ基板1側へ熱伝達しやすい構成としている。これにより、予備加熱工程では効率よく加熱し、空吐出工程ではインクによる排熱により効率よく温度を低下できるようになる。
(補足説明14)
また、この発明の実施の形態の画像形成装置は、上述した高密度液体吐出ヘッドを搭載している。
According to this configuration, the driving IC 15 is flip-chip mounted on the actuator substrate 1, and the back surface side of the driving IC 15 is not in contact with other members, so that heat is transferred from the driving IC 15 to the actuator substrate 1 side. The structure is easy to do. As a result, the temperature can be efficiently reduced in the preliminary heating process, and the temperature can be efficiently lowered by the exhaust heat from the ink in the idle ejection process.
(Supplementary explanation 14)
The image forming apparatus according to the embodiment of the present invention is equipped with the above-described high-density liquid ejection head.

この構成によれば、低コストで安定したメンテナンス動作を確保できる画像形成装置を提供できる。また、薄膜状の圧電素子をアクチュエータとした高密度、低コスト高密度液体吐出ヘッドと搭載し、空吐出により安定したメンテナンス動作を実現できるため廃インク量を少なくできる画像形成装置を提供できる   According to this configuration, it is possible to provide an image forming apparatus that can ensure a stable maintenance operation at low cost. In addition, a high-density, low-cost, high-density liquid discharge head using a thin-film piezoelectric element as an actuator is mounted, and a stable maintenance operation can be realized by empty discharge, thereby providing an image forming apparatus that can reduce the amount of waste ink.

1 アクチュエータ基板
2 液室
3 個別流路
4 個別連通路
5 ノズル板
6 ノズル
Nz1 第1ノズル列
Nz2 第2ノズル列
7 振動板(薄膜状振動板)
8 圧電素子(薄膜状圧電素子)
9 第1Com配線(第1Comパターン配線)
10 第2Com配線(第2Comパターン配線)
11 Vcom配線(Vcomパターン配線)
12 Vcom配線(Vcomパターン配線)
15 駆動用IC(制御装置)
16a 供給口
16b 供給口
17a 第1共通液室
17b 第2共通液室
18 FPC(フレキシブル配線基板)
22 温度検出素子
23 機内温度検出素子
24 ヘッドコントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator board | substrate 2 Liquid chamber 3 Individual flow path 4 Individual communication path 5 Nozzle plate 6 Nozzle Nz1 1st nozzle row Nz2 2nd nozzle row 7 Vibration plate (thin film-like vibration plate)
8 Piezoelectric elements (thin film piezoelectric elements)
9 1st Com wiring (1st Com pattern wiring)
10 Second Com wiring (second Com pattern wiring)
11 Vcom wiring (Vcom pattern wiring)
12 Vcom wiring (Vcom pattern wiring)
15 Driving IC (control device)
16a supply port 16b supply port 17a first common liquid chamber 17b second common liquid chamber 18 FPC (flexible wiring board)
22 Temperature detection element 23 In-machine temperature detection element 24 Head controller

特開2005-254463号公報JP 2005-254463 A 特開平11-138798号公報JP-A-11-138798

Claims (14)

複数の液室が設けられたアクチュエータ基板と、
前記複数の液室からインクを吐出する複数のノズルと、
前記液室の上部を閉成する薄膜状の振動板および前記振動板上に設けられた薄膜状の圧電素子を有し、且つ、前記圧電素子で前記振動板を振動させることにより、前記液室内のインクを加圧する薄膜状のアクチュエータと、
前記アクチュエータ基板上に設けられていると共に前記圧電素子を駆動制御させる駆動用ICと、
前記液室内の温度を検出するヘッド温度検出素子と、を備え、
前記駆動用ICが前記ヘッド温度検出素子からの検出温度信号に基づいて前記圧電素子を駆動制御することにより、前記圧電素子および前記駆動用ICは前記圧電素子の駆動制御時にそれぞれ発熱して前記液室内のインク温度を上昇させることができる高密度液体吐出ヘッドであって、

前記駆動制御は、印字開始前に前記ノズルからインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を前記圧電素子に印加することにより、前記圧電素子を発熱させると同時に自己発熱して、前記液室内のインク温度を所定以上の温度とする前記液室の予備加熱工程と、
前記液室内の液体が印字のための適温になるまで前記液室内のインクを前記ノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、
前記液室内の液体が印字のための適温になったときに前記ノズルから前記液体を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、
を有することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
An actuator substrate provided with a plurality of liquid chambers;
A plurality of nozzles for discharging ink from the plurality of liquid chambers;
A thin-film diaphragm that closes an upper portion of the liquid chamber; and a thin-film piezoelectric element provided on the diaphragm; and the diaphragm is vibrated by the piezoelectric element, whereby the liquid chamber A thin film actuator that pressurizes the ink of
A driving IC which is provided on the actuator substrate and controls driving of the piezoelectric element;
A head temperature detecting element for detecting the temperature in the liquid chamber,
The driving IC controls the driving of the piezoelectric element based on the detected temperature signal from the head temperature detecting element, so that the piezoelectric element and the driving IC generate heat during the driving control of the piezoelectric element, respectively. A high-density liquid ejection head capable of raising the ink temperature in a room,

The drive control applies a drive voltage waveform to the piezoelectric element under a condition in which ink is not ejected from the nozzle before printing starts, thereby causing the piezoelectric element to generate heat and simultaneously generating heat, thereby causing the ink temperature in the liquid chamber to Preheating step of the liquid chamber with a predetermined temperature or higher,
An empty discharge step of emptyly discharging ink in the liquid chamber from the nozzle until the liquid in the liquid chamber reaches an appropriate temperature for printing;
A printing step of starting a printing operation by discharging the liquid from the nozzle when the liquid in the liquid chamber reaches an appropriate temperature for printing;
A high-density liquid ejection head characterized by comprising:
請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記圧電素子を駆動制御して、前記空吐出時のインク温度を印字動作時のインク温度よりも高くすることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the driving IC drives and controls the piezoelectric element to make the ink temperature during the idle ejection higher than the ink temperature during the printing operation. High density liquid discharge head.
請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記圧電素子の駆動電圧波形周期が前記液室の共振周期より長くなるよう、前記圧電素子を駆動制御させることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the driving IC drives and controls the piezoelectric element so that a driving voltage waveform period of the piezoelectric element is longer than a resonance period of the liquid chamber. High density liquid discharge head.
請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記複数の圧電素子のうち同時に駆動制御する対象を切り替えることにより、前記圧電素子の発熱で同時に予備加熱する前記液室の数を制限することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the driving IC switches the targets to be simultaneously driven and controlled among the plurality of piezoelectric elements, thereby simultaneously preheating the liquid chambers with the heat generated by the piezoelectric elements. A high-density liquid discharge head characterized by limiting the number.
請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記圧電素子の前記駆動電圧波形の周期が前記液室の共振周期より短くなるように前記圧電素子を駆動制御させると共に、前記駆動電圧波形で同時に駆動制御する前記圧電素子の対象を制限することにより、同時に予備加熱する前記液室の数を制限することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。

2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the driving IC drives and controls the piezoelectric element so that a period of the driving voltage waveform of the piezoelectric element is shorter than a resonance period of the liquid chamber, A high-density liquid ejection head, wherein the number of the liquid chambers to be preheated simultaneously is limited by limiting the target of the piezoelectric elements that are simultaneously driven and controlled by the driving voltage waveform.

請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記圧電素子の駆動電圧波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の電圧波形よりも長く制御することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the driving IC controls the rise and fall times of the drive voltage waveform of the piezoelectric element to be longer than the voltage waveform during ink ejection. Density liquid discharge head. 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の液室に連通する共通路へインクを供給する供給口が前記複数の液室の一部に近接するように設けられていると共に、前記駆動用ICは前記供給口の近傍の前記液室に対応する前記圧電素子の予備駆動による消費電力を他の前記液室に対応する圧電素子の予備駆動による消費電力よりも大きくしていることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein a supply port for supplying ink to a common path communicating with the plurality of liquid chambers is provided so as to be close to a part of the plurality of liquid chambers, In the driving IC, power consumption due to preliminary driving of the piezoelectric element corresponding to the liquid chamber in the vicinity of the supply port is made larger than power consumption due to preliminary driving of the piezoelectric elements corresponding to other liquid chambers. A high-density liquid discharge head characterized by 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記空吐出工程における前記駆動電圧波形を前記液室の共振波形に制御することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high-density liquid discharge head according to claim 1, wherein the driving IC controls the drive voltage waveform in the idle discharge step to a resonance waveform of the liquid chamber. 3. 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは、前記空吐出工程で前記複数の圧電素子のうち同時に駆動制御させる対象を制限する制御をして、前記空吐出を同時にさせる前記液室の数を制限すると共に、前記複数の圧電素子のうち同時に駆動制御させる対象を切替制御することにより、前記複数の液室のうち前記空吐出させる対象を切り替えることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the driving IC performs control to limit targets to be simultaneously driven and controlled among the plurality of piezoelectric elements in the idle ejection step, and simultaneously performs the idle ejection. The high density is characterized in that the number of the liquid chambers is limited, and the target to be driven and controlled simultaneously among the plurality of piezoelectric elements is switched to switch the target to be discharged in the plurality of liquid chambers. Liquid discharge head. 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ICは少なくとも二つのノズル列間に実装されていることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high density liquid discharge head according to claim 1, wherein the driving IC is mounted between at least two nozzle rows. 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は機内雰囲気温度より高い温度であり、機内雰囲気温度との差を温度テーブルと比較して所定温度以下になることで判断することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high-density liquid discharge head according to claim 1, wherein the head temperature at which the printing operation after the idle discharge is started is higher than the in-machine atmosphere temperature, and a difference from the in-machine atmosphere temperature is equal to or lower than a predetermined temperature compared with the temperature table. A high-density liquid discharge head characterized by 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は、印字開始時の機内雰囲気との温度差が雰囲気温度が高いときほど、小さくなるように設定されていることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high-density liquid ejection head according to claim 1, wherein the head temperature at which the printing operation after the idle ejection is started is set to be smaller as the temperature difference from the in-machine atmosphere at the start of printing is higher. A high-density liquid discharge head characterized by comprising: 請求項1に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、駆動用ICを前記アクチュエータ基板上にフリップチップ実装し、前記駆動用ICの裏面側を他の部材に接しない構成とすることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。   2. The high-density liquid discharge head according to claim 1, wherein the driving IC is flip-chip mounted on the actuator substrate, and the back side of the driving IC is not in contact with another member. Density liquid discharge head. 請求項1〜13のいずれか一つに記載の高密度液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置。   An image forming apparatus equipped with the high-density liquid discharge head according to claim 1.
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